软件调试 第2版 卷1：硬件基础

本书堪称是软件调试的“百科全书”。作者围绕软件调试的“生态”系统（ecosystem）、异常（exception）和调试器 3 条主线，介绍软件调试的相关原理和机制，探讨可调试性（debuggability）的内涵、意义以及实现软件可调试性的原则和方法，总结软件调试的方法和技巧。

第1卷主要围绕硬件技术展开介绍。全书分为4篇，共16章。第一篇“绪论”（第1章），介绍了软件调试的概念、基本过程、分类和简要历史，并综述了本书后面将详细介绍的主要调试技术。第二篇“CPU及其调试设施”（第2～7章），以英特尔和ARM架构的CPU为例系统描述了CPU的调试支持。第三篇“GPU及其调试设施”（第8～14章），深入探讨了Nvidia、AMD、英特尔、ARM和Imagination 这五大厂商的GPU。第四篇“可调试性”（第15～16章），介绍了提高软件可调试性的意义、基本原则、实例和需要注意的问题，并讨论了如何在软件开发实践中实现可调试性。

本书理论与实践紧密结合，既涵盖了相关的技术背景知识，又针对大量具有代表性和普遍意义的技术细节进行了讨论，是学习软件调试技术的宝贵资料。本书适合所有从事软件开发工作的读者阅读，特别适合从事软件开发、测试、支持的技术人员，从事反病毒、网络安全、版权保护等工作的技术人员，以及高等院校相关专业的教师和学生学习参考。

张银奎，国内知名的调试技术专家。毕业于上海交通大学信息与控制工程系，长期从事软件开发和研究工作，曾在英特尔工作13 年，对 IA-32 架构、操作系统内核、驱动程序，尤其是对软件调试有较深入的研究。著有《软件调试》《格蠹汇编》等畅销、常销技术图书， 格蠹科技（xedge.ai） 创始人，高端调试网站（advdbg.org）创建者。翻译（合译）作品有《二十一世纪机器人》《观止——微软创建NT和未来的夺命狂奔》《数据挖掘原理》《机器学习》《人工智能：复杂问题求解的结构和策略》等。

适读人群 ：从事软件开发、测试、支持的技术人员；从事反病毒、网络安全、版权保护等工作的技术人员；高等院校相关专业的教师和学生学习参考。

1. 软件调试领域的“百科全书”，围绕软件调试的“生态”系统（ecosystem）、异常（exception）和调试器三条主线，介绍软件调试的相关原理和机制，探讨可调试性（debuggability）的内涵、意义，以及实现软件可调试性的原则和方法，总结软件调试的方法和技巧；

2. 设有“格物致知”实践环节，提供配套资源，可供读者动手实践；

3. 丰富的行业背景知识和人文故事，让读者体验技术的有血有肉、有感情有温度。

第2版卷1新增内容如下：

.关于CPU增加了ARM处理器的相关内容；

.关于操作系统增加了Linux系统的相关内容；

.关于编译器增加了GCC的相关内容；

.关于调试器增加了GDB的相关内容；

.增加了全新的GPU内容。

第 一篇　绪论
第1章 软件调试基础　3
1.1　简介　3
1.2　基本特征　5
1.3　简要历史　8
1.4　分类　12
1.5　调试技术概览　15
1.6　错误与缺欠　19
1.7　重要性　23
1.8　本章小结　26
参考资料　26
第二篇　CPU及其调试设施
第　2章 CPU基础　29
2.1　指令和指令集　29
2.2　英特尔架构处理器　33
2.3　CPU的操作模式　42
2.4　寄存器　44
2.5　理解保护模式　50
2.6　段机制　54
2.7　分页机制　59
2.8　PC系统概貌　73
2.9　ARM架构基础　75
2.10　本章小结　90
参考资料　90
第3章　中断和异常　91
3.1　概念和差异　91
3.2　异常的分类　93
3.3　异常例析　95
3.4　中断/异常的优先级　99
3.5　中断/异常处理　100
3.6　ARM架构中的异常机制　110
3.7　本章小结　112
参考资料　113
第4章　断点和单步执行　114
4.1　软件断点　114
4.2　硬件断点　123
4.3　陷阱标志　135
4.4　实模式调试器例析　140
4.5　反调试示例　145
4.6　ARM架构的断点支持　147
4.7　本章小结　156
参考资料　157
第5章　分支记录和性能监视　158
5.1　分支监视概览　159
5.2　使用寄存器的分支记录　159
5.3　使用内存的分支记录　166
5.4　DS示例：CpuWhere　169
5.5　性能监视　180
5.6　实时指令追踪　188
5.7　ARM架构的性能监视设施　192
5.8　本章小结　195
参考资料　195
第6章　机器检查架构　196
6.1　奔腾处理器的机器检查机制　196
6.2　MCA　198
6.3　编写MCA软件　205
6.4　本章小结　212
参考资料　212
第7章　JTAG调试　213
7.1　简介　213
7.2　JTAG原理　215
7.3　JTAG应用　219
7.4　IA处理器的JTAG支持　221
7.5　ARM处理器的JTAG支持　227
7.6　本章小结　232
参考资料　233
第三篇　GPU及其调试设施
第8章　GPU基础　237
8.1　GPU简史　237
8.2　设备身份　243
8.3　软件接口　244
8.4　GPU驱动模型　247
8.5　编程技术　250
8.6　调试设施　252
8.7　本章小结　254
参考资料　255
第9章　Nvidia GPU及其调试设施　256
9.1　概要　256
9.2　微架构　257
9.3　硬件指令集　268
9.4　PTX指令集　279
9.5　CUDA　286
9.6　异常和陷阱　293
9.7　系统调用　296
9.8　断点指令　299
9.9　Nsight的断点功能　301
9.10　数据断点　304
9.11　调试符号　306
9.12　CUDA GDB　307
9.13　CUDA调试器API　308
9.14　本章小结　312
参考资料　312
第10章 AMD GPU及其调试设施　314
10.1　演进简史　314
10.2　Terascale微架构　315
10.3　GCN微架构　318
10.4　GCN指令集　323
10.5　编程模型　325
10.6　异常和陷阱　327
10.7　控制波阵的调试接口　330
10.8　地址监视　332
10.9　单步调试支持　333
10.10　根据调试条件实现分支跳转的指令　335
10.11　代码断点　335
10.12　GPU调试模型和开发套件　337
10.13　ROCm-GDB　340
10.14　本章小结　341
参考资料　342
第11章 英特尔GPU及其调试设施　343
11.1　演进简史　343
11.2　GEN微架构　348
11.3　寄存器接口　354
11.4　命令流和环形缓冲区　357
11.5　逻辑环上下文和执行列表　360
11.6　GuC和通过GuC提交任务　365
11.7　媒体流水线　368
11.8　EU指令集　372
11.9　内存管理　377
11.10　异常　379
11.11　断点支持　381
11.12　单步执行　382
11.13　GT调试器　382
11.14　本章小结　386
参考资料　386
第12章 Mali GPU及其调试设施　387
12.1　概况　387
12.2　Midgard微架构　389
12.3　Bifrost微架构　393
12.4　Mali图形调试器　395
12.5　Gator　396
12.6　Kbase驱动的调试设施　399
12.7　其他调试设施　403
12.8　缺少的调试设施　405
12.9　本章小结　406
参考资料　406
第13章 PowerVR GPU及其调试设施　407
13.1　概要　407
13.2　Rogue微架构　410
13.3　参考指令集　413
13.4　软件模型和微内核　417
13.5　断点支持　418
13.6　离线编译和反汇编　420
13.7　PVR-GDB　421
13.8　本章小结　423
参考资料　423
第14章 GPU综述　424
14.1　比较　424
14.2　主要矛盾　425
14.3　发展趋势　426
14.4　其他GPU　427
14.5　学习资料和工具　430
14.6　本章小结　432
参考资料　432
第四篇　可调试性
第　15章 可调试性概览　435
15.1　简介　435
15.2　观止和未雨绸缪　436
15.3　基本原则　439
15.4　不可调试代码　444
15.5　可调试性例析　446
15.5.1　健康性检查和BSOD　447
15.6　与安全、商业秘密和性能的关系　449
15.7　本章小结　450
参考资料　451
第16章 可调试性的实现　452
16.1　角色和职责　452
16.2　可调试架构　455
16.3　通过栈回溯实现可追溯性　459
16.4　数据的可追溯性　466
16.5　可观察性的实现　472
16.5.1　状态查询　472
16.6　自检和自动报告　480
16.7　本章小结　482
参考资料　483