如何在调试 cpython 时遍历 Python 操作码？

Question

我想了解 Python 解释器的功能。我了解操作码的生成过程，并希望更好地了解解释器部分。为此，我在互联网上阅读了很多内容，并了解了 python 解释器 (Cpython).

中 ceval.c 文件中的 for (;;) 循环

现在我要解释下面的python代码a.py:

a = 4
b = 5
c = a + b

当我做 python -m dis a.py

  1           0 LOAD_CONST               0 (4)
              2 STORE_NAME               0 (a)

  2           4 LOAD_CONST               1 (5)
              6 STORE_NAME               1 (b)

  3           8 LOAD_NAME                0 (a)
             10 LOAD_NAME                1 (b)
             12 BINARY_ADD
             14 STORE_NAME               2 (c)
             16 LOAD_CONST               2 (None)
             18 RETURN_VALUE

现在我已将调试点放在 ceval.c 的 switch(opcode) 行中。现在，当我启动调试器时，它到达这个位置超过 2000 次。我认为这是因为在开始之前，python 还必须做一些其他的解释工作。所以，我的问题是如何只调试相关的操作码指令？

基本上，我如何知道我正在调试的指令实际上来自我创建的程序？

请帮我解决这个问题。提前致谢。

Answer 1

我做了很多 CPython 调试，以便更好地理解它的工作方式。无法在 Python 源文件中设置 gdb 断点我通过编写 C扩展模块。

思路: CPython是用C[=112=写的一个大程序] 语。我们可以像任何 C 程序一样轻松调试它 - 这里没有问题。如果我们想在_PyType_Lookup函数启动时停止执行，我们只需运行一个break _PyType_Lookup命令。这样，如果我们在CPython程序中加入自己的C函数，例如cbreakpoint，我们就可以停止每次调用 cbreakpoint 时执行。如果我们找到将此 cbreakpoint 函数插入 source.py 的方法，我们将获得所需的功能 - 每次解释器看到 cbreakpoint 时，它都会停止（如果我们之前设置 break cbreakpoint）。我们可以通过编写 C 扩展来实现。

我是怎么做到的（我可能会遗漏一些东西，因为我是凭记忆复制的）：

将CPython源代码下载到~/learning_python/cpython-master目录并编译。有些错综复杂 - Can't get rid of “value has been optimized out” in GDB.

自己创建了一个模块 - my_breakpoint.c。

创建了一个安装文件 - my_breakpoint_setup.py。

运行一个

~/learning_python/cpython-master/python my_breakpoint_setup.py build

命令。它创建了一个 my_breakpoint.cpython-38dm-x86_64-linux-gnu.so 文件。

将上一步的共享对象文件复制到 CPython 的 Lib 目录：

cp -iv my_breakpoint.cpython-38dm-x86_64-linux-gnu.so ~/learning_python/cpython-master/Lib/

为了方便起见需要复制，否则我们应该在任何我们想使用（导入）这个模块的目录中有这个 .so 文件。

现在，我们可以做如下source.py：

#!/usr/bin/python3 from my_breakpoint import cbreakpoint cbreakpoint(1) a = 4 cbreakpoint(2) b = 5 cbreakpoint(3) c = a + b

要执行这个文件，我们必须使用我们的 ~/learning_python/cpython-master 解释器，而不是系统的 python3，因为系统的 python 没有 my_breakpoint 模块：

~/learning_python/cpython-master/python source.py

要调试此文件，请执行以下操作：

gdb --args ~/learning_python/cpython-master/python -B source.py

然后，里面 gdb:

(gdb) start (gdb) break cbreakpoint Function "cbreakpoint" not defined. Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y Breakpoint 2 (cbreakpoint) pending. (gdb) cont

有一个问题。当您按下 cont 时，gdb 停止在 cbreakpoint 函数的开头，您需要执行许多 next 命令来跳过此函数和 CPython函数调用代码实现开始Python需要的代码执行。或者你可以在 cbreakpoint 被击中后设置一个新的断点，比如：

(gdb) break ceval.c:1080 ### The LOAD_CONST case beginning (gdb) cont

但是，在多次执行此操作后，我将这些操作自动化，因此您只需将这些行添加到 ~/.gdbinit:

set breakpoint pending on break cbreakpoint command $bpnum tbreak ceval.c:1098 command $bpnum n end cont end set breakpoint pending off

现在，您只需像第 7 步那样启动 gdb 并执行：

(gdb) start (gdb) cont

你会跳转到source.py代码执行的开始。

my_breakpoint.c

#include <Python.h> static PyObject* cbreakpoint(PyObject *self, PyObject *args){ int breakpoint_id; if(!PyArg_ParseTuple(args, "i", &breakpoint_id)) return NULL; return Py_BuildValue("i", breakpoint_id); } static PyMethodDef my_methods[] = { {"cbreakpoint", cbreakpoint, METH_VARARGS, "breakpoint function"}, {NULL, NULL, 0, NULL} }; static struct PyModuleDef my_breakpoint = { PyModuleDef_HEAD_INIT, "my_breakpoint", "the module for setting C breakpoint in the Python source", -1, my_methods }; PyMODINIT_FUNC PyInit_my_breakpoint(void){ return PyModule_Create(&my_breakpoint); }

my_breakpoint_setup.py

from distutils.core import setup, Extension module = Extension('my_breakpoint', sources = ['my_breakpoint.c']) setup (name = 'PackageName', version = '1.0', description = 'This is a package for my_breakpoint module', ext_modules = [module])

P.S.

我过去问过同样的问题，它对你有用：。

如何在调试 cpython 时遍历 Python 操作码？

How to walk through Python opcode while debugging cpython?

c

python

gdb

cpython

P.S.