LLDB高性能调试器-调试和性能分析-NDK开发

概述

LLDB（Low Level Debugger）是新一代高性能调试器。具备断点设置、变量查看与修改、内存操作、线程控制、表达式计算、堆栈回溯等功能，并支持跨平台和插件扩展。

当前HarmonyOS中的LLDB工具是在llvm15.0.4基础上适配演进出来的，是DevEco Studio工具链中默认的调试器，支持调试C和C++应用程序。

详细说明参考LLDB官方文档。

功能特点

LLDB调试器具备以下功能特点：

强大的调试功能：支持断点设置、变量查看与修改、内存操作、线程控制、表达式计算、堆栈回溯等。
跨平台支持：适用于Windows、Linux x86_64、ohos和Mac平台。
插件扩展性：支持插件扩展，方便开发者根据需求进行定制。

工具获取路径

通过安装DevEco Studio集成开发环境，可在其SDK组件中获取完整的LLDB调试套件。

以下是基于DevEco Studio的LLDB工具完整路径结构图（以windows为例）:

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DevEco_Studio_Home/
└── sdk/
    ├── default/
    │   ├── HarmonyOS/
    │   │   └── native/
    │   │       └── llvm/
    │   │           ├── bin/
    │   │           │   └── lldb.exe                 # Windows客户端主程序
    │   │           └── lib/
    │   │               └── clang/
    │   │                   └── current/
    │   │                       └── bin/
    │   │                           ├── aarch64-linux-ohos/
    │   │                           │   └── lldb      # ARM64独立调试器
    │   │                           └── arm-linux-ohos/
    │   │                               └── lldb      # ARM32独立调试器
    │   └── hms/
    │       └── native/
    │           └── lldb/
    │               ├── aarch64-linux-ohos/
    │               │   └── lldb-server              # ARM64调试服务端
    │               ├── arm-linux-ohos/
    │               │   └── lldb-server              # ARM32调试服务端
    │               └── x86_64-linux-ohos/
    │                   └── lldb-server              # x86_64模拟器调试服务端

lldb客户端 (Windows系统) 执行文件路径：
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```
<DevEco_Studio_Home>\sdk\default\HarmonyOS\native\llvm\bin\lldb.exe
```

静态化lldb

表1 静态化lldb工具目录

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路径	说明
\DevEco Studio\sdk\default\HarmonyOS\native\llvm\lib\clang\current\bin\aarch64-linux-ohos\lldb	适用于aarch64-linux-ohos架构的静态化lldb
\DevEco Studio\sdk\default\HarmonyOS\native\llvm\lib\clang\current\bin\arm-linux-ohos\lldb	适用于arm-linux-ohos架构的静态化lldb

lldb-server

表2 lldb-server工具目录

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路径	说明
\DevEco Studio\sdk\default\hms\native\lldb\aarch64-linux-ohos\lldb-server	适用于aarch64-linux-ohos架构的lldb-server
\DevEco Studio\sdk\default\hms\native\lldb\arm-linux-ohos\lldb-server	适用于arm-linux-ohos架构的lldb-server
\DevEco Studio\sdk\default\hms\native\lldb\x86_64-linux-ohos\lldb-server	适用于x86_64-linux-ohos架构的lldb-server

注意

签名校验机制

lldb-server在运行时会对自身进行数字签名验证，只有通过华为官方签名的lldb-server才能正常调试应用。

中的lldb-server是经过闭源签名处理的特殊版本。

这种设计主要用于保护鸿蒙（HarmonyOS）调试权限，防止未授权的调试行为。

功能列表

此处列举LLDB调试器支持的部分功能，更多命令参考：LLDB工具使用指导和LLDB官网手册。Windows、Linux x86_64和Mac平台的LLDB工具有些许差异，以实际应用为准。

记录日志

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# 记录完整调试会话到文件
(lldb) log enable -F -T -p -f d:\lldb.log lldb all
(lldb) log enable -F -T -p -f d:\lldbgdbremote.log gdb-remote all
# 示例：过滤只记录断点事件
(lldb) log enable -f /tmp/breakpoints.log lldb break
# 查看当前日志配置
(lldb) log list

断点管理

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# 设置函数断点（支持模糊匹配）
(lldb) breakpoint -f main.cpp -l 266
# 设置条件断点（当x>100时触发）
(lldb) breakpoint set -f main.cpp -l 20 -c '(x > 100)'
# 列出所有断点
(lldb) breakpoint list
# 临时禁用断点
(lldb) breakpoint disable 1

观察点管理

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# 监控变量变化
(lldb) watchpoint set variable global_var
# 监控内存地址变化
(lldb) watchpoint set expression -w write -- 0x7ffeefbff5d8
# 查看观察点列表
(lldb) watchpoint list

表达式处理

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# 创建变量
(lldb) print int $value1 = 7
(lldb) expression int $value2 = 7
# 打印变量值
(lldb) print $value1
(lldb) expression $value2
# 变量运算
(lldb) expression $value1 * 3
# 格式化输出（16进制显示）
(lldb) p/x 12345

查看变量

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# 查看当前帧的已初始化的局部变量
(lldb) frame variable
# 查看全局变量和静态变量
(lldb) frame variable -g
# 查看寄存器
(lldb) register read

进程/线程管理

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# 显示线程回溯（所有线程）
(lldb) thread backtrace all
# 单步跳过（Step over）
(lldb) thread step-over (或next)
# 跳出当前选定的帧（步出）
(lldb) thread step-out (或finish)

汇编处理

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# 查看寄存器
(lldb) register read
# 更改pc寄存器
(lldb) register write pc `$pc+8`
# 查看当前堆栈帧的汇编指令
(lldb) disassemble --frame (或 dis -f )
# 查看main函数的汇编指令
(lldb) disassemble -name main
# 汇编单步执行程序，步过（不进入函数体）
(lldb) nexti
# 汇编单步执行程序，步入（进入函数体）
(lldb) stepi

信号处理

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# 捕获信号时打印回溯
(lldb) process handle SIGSEGV -s true
# 查看当前信号处理配置
(lldb) process handle

attach进程

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# 附加到PID（需调试权限）
(lldb) process attach -p 1234

环境准备

本地调试（受限模式）
- HarmonyOS设备需获取root权限
- 无需DevEco Studio，直接设备端调试
- 选择静态化lldb路径（根据设备CPU架构选择，参考）并使用hdc传输到设备：
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```
hdc file send \DevEco Studio\sdk\default\HarmonyOS\native\llvm\lib\clang\current\bin\aarch64-linux-ohos\lldb /data/local/tmp/debugserver
```
- 选择lldb server路径（根据设备CPU架构选择，参考）并使用hdc传输到设备：
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```
hdc file send \DevEco Studio\sdk\default\hms\native\lldb\aarch64-linux-ohos\lldb-server /data/local/tmp/debugserver
```

远程调试（主要调试方式）

一键调试：
- 下载DevEco Studio，根据IDE的调试方法即可进行一键调试：通过DevEco Studio调试。
- 支持Windows/Mac连接HarmonyOS设备或模拟器，支持调试Native C++应用。
- 直接使用DevEco Studio的Debug功能即可，无需手动推送lldb或lldb-server。
手动调试：
- 如需要手动进行远程调试（不通过DevEco Studio），如调试二进制等，则需要保证设备上有lldb-server，PC上有lldb。
- 准备lldb-server，建议使用DevEco Studio推送。如手动推送，选择lldb-server路径（根据设备CPU架构选择，参考）并使用hdc传输到设备：
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```
hdc file send \DevEco Studio\sdk\default\hms\native\lldb\aarch64-linux-ohos\lldb-server /data/local/tmp/debugserver
```
- PC上准备lldb，如windows系统则使用lldb.exe, 稍后将使用lldb与OH设备上的lldb-server远程连接进行调试。

设备状态与调试支持矩阵（分三种情况）：

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设备状态	调试支持范围	lldb-server部署路径
root镜像+SELinux关闭	全类型C/C++应用及二进制	任意可执行目录
root镜像+SELinux开启	全类型C/C++应用及二进制	/data/local/tmp/debugserver
user镜像+SELinux开启	DevEco Studio编译签名debug版HAP包	自动部署

说明

root镜像：使用hdc shell id命令查询到“uid=0(root)”，或执行hdc shell进入交互命令环境，提示符为“#”。

user镜像：使用hdc shell id命令查询到“uid=2000(shell)”，或执行hdc shell进入交互命令环境，提示符为“$”。

SELinux开启模式：使用hdc shell getenforce命令查询到“Enforcing”。

SELinux关闭模式：使用hdc shell getenforce命令查询到“Permissive”。

注意：

lldb-server建议通过DevEco Studio创建Native项目并点击Debug按钮自动推送，避免手动推送的版本兼容性和权限问题。

使用指导-本地调试

使用LLDB工具启动并调试应用

此处以在HarmonyOS环境调试一个使用clang编译器生成的带有调试信息的可执行文件a.out为例。

源文件：hello.cpp

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#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    cout << "hello world!" <<endl;
    return 0;
}

编译：

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<clang distribution>/bin/clang++ --target=aarch64-linux-ohos --sysroot=<sysroot distribution> -g hello.cpp -o a.out

获取到与LLDB同一版本的clang编译器生成的带有调试信息的可执行文件a.out。
使用hdc shell进入手机交互命令环境，进入lldb路径。
运行LLDB工具，并指定要调试的文件为a.out。
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```
./lldb a.out
```
在代码中main函数处设置断点。
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```
(lldb) b main
```
运行应用，使其停在断点处。
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```
(lldb) run
```
继续运行应用。
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```
(lldb) continue
```
列出所有断点。
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```
(lldb) breakpoint list
```
显示当前帧的参数和局部变量。
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```
(lldb) frame variable
```
按需执行调试命令进行后续调试操作。
退出调试。
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```
(lldb) quit
```

使用LLDB工具调试已经启动的应用

此处以在手机环境调试一个使用clang编译器生成的带有调试信息和用户输入的可执行文件a.out为例。

源文件：hello.cpp

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#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int i = 0, j = 5, sum = 0;
    cout << "Please input a number of type int" <<endl;
    cin >> i;
    cout << i;
    sum = i + j;
    cout << sum <<endl;
    return 0;
}

编译：

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<clang distribution>/bin/clang++ --target=aarch64-linux-ohos --sysroot=<sysroot distribution> -g hello.cpp -o a.out

使用hdc shell进入手机交互命令环境，进入lldb路径。
在终端窗口1启动应用。（窗口会返回一条信息“Please input a number of type int”）
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```
./a.out
```
在终端窗口2运行LLDB工具。
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```
./lldb
```
attach应用。
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```
(lldb) process attach --name a.out
```
在hello.cpp的第10行设置断点。
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```
(lldb) breakpoint set --file hello.cpp --line 10
```
在终端窗口1，输入一个int类型的数。
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```
88
```
在终端行窗口2继续运行应用，使应用停在断点处。
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```
(lldb) continue
```
按需执行调试命令进行后续调试操作。
detach应用。
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```
(lldb) detach
```
退出调试。
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```
(lldb) quit
```

说明

步骤attach应用和设置断点可以调换顺序执行。

使用指导-远程调试

说明

远程调试是指使用lldb进行跨端调试。本章节主要针对开发者跨平台调试HarmonyOS设备的应用进行说明。
基于DevEco Studio的远程调试参考官方调试指导。
远程调试时需要lldb-server和lldb配合使用。
Windows，Linux x86_64和Mac远程调试步骤一致。

root镜像远程调试

说明

支持调试的应用或二进制是aarch64-linux-ohos架构的native C++工程。
为了方便调试建议调试时关闭SELinux。

源文件：hello.cpp

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#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    cout << "hello world!" <<endl;
    return 0;
}

编译：

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<clang distribution>/bin/clang++ --target=aarch64-linux-ohos --sysroot=<sysroot distribution> -g hello.cpp -o a.out

打开命令行窗口1，关闭SELinux。
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```
hdc shell setenforce 0
```

在命令行窗口1，将lldb-server和可执行文件a.out推送到设备。

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hdc file send lldb-server hdc file send a.out /data/local/tmp/debugserver/debugserver
hdc shell chmod 755
/data/local/tmp/debugserver/lldb-server /data/local/tmp/debugserver/a.out

运行lldb-server。(8080为有效且当前未被占用的端口号，用户可自定义）
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```
hdc shell /data/local/tmp/debugserver/lldb-server p --server --listen "*:8080"
```
打开命令行窗口2，运行二进制文件lldb。
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```
./lldb
```
在LLDB命令行窗口进行远端选择与连接。
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```
(lldb) platform select remote-ohos
(lldb) platform connect connect://localhost:8080
```
指定要调试的设备上的二进制文件a.out。
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```
(lldb) target create /data/local/tmp/debugserver/a.out
```
在代码中main函数处设置断点。
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```
(lldb) b main
```
启动应用。
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```
(lldb) run
```
查看当前目标进程的源码。
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```
(lldb) source list
```
按需执行调试命令进行后续调试操作。
退出调试。
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```
(lldb) quit
```

user镜像远程调试

说明

user镜像SELinux默认开启，无法关闭。
建议基于DevEco Studio调试user镜像SELinux开启的HarmonyOS设备的hap包。
lldb-server需推送至指定的目录/data/local/tmp/debugserver。如：/data/local/tmp/debugserver/lldb-server或/data/local/tmp/debugserver/com.example.myapplication/lldb-server。
lldb-server在aarch64-linux-ohos架构目录获取。详情参考表1 lldb-server工具目录
此案例中的hap包为基于DevEco Studio创建的native C++默认工程编译的带debug信息的hap包。
调试过程中需保持设备在非锁屏状态，锁屏不允许启动调试器调试。

打开命令行窗口1，将lldb-server和hap包推送到设备。

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hdc shell mkdir data/local/tmp/debugserver/com.example.myapplication
hdc file send lldb-server data/local/tmp/debugserver/com.example.myapplication
hdc shell chmod 755 data/local/tmp/debugserver/com.example.myapplication/lldb-server
hdc shell mkdir data/local/tmp/d333e74fe3ab488aad622a7055fbf396
hdc file send C:\Users\xxx\DevEcoStudioProjects\MyApplication\entry\build\default\outputs\default\entry-default-signed.hap data/local/tmp/d333e74fe3ab488aad622a7055fbf396

hap包安装运行，关闭appfreeze。

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hdc shell bm install -p data/local/tmp/d333e74fe3ab488aad622a7055fbf396
hdc shell aa start -a EntryAbility -b com.example.myapplication
hdc shell aa attach -b com.example.myapplication

运行lldb-server。

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hdc shell aa process -a EntryAbility -b com.example.myapplication -D "/data/local/tmp/debugserver/com.example.myapplication/lldb-server platform --listen unix-abstract:///lldb-server/platform.sock"

打开命令行窗口2，运行二进制文件lldb。
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```
./lldb
```

在LLDB命令行窗口进行远端选择与连接。

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(lldb) platform select remote-ohos
(lldb) platform connect unix-abstract-connect:///lldb-server/platform.sock

添加目标可执行文件搜索路径。

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(lldb) settings append target.exec-search-paths "C:\Users\xxx\DevEcoStudioProjects\MyApplication\entry\build\default\intermediates\cmake\default\obj\arm64-v8a"

在源代码第6行处设置断点。

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(lldb) breakpoint set --file "C:/Users/xxx/DevEcoStudioProjects/MyApplication/entry/src/main/cpp/napi_init.cpp" --line 6

指定要调试的设备上的hap包对应的应用pid。
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```
(lldb) attach <pid>
```
点击设备应用，使其继续响应，并停止在断点处。
继续调试。
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```
(lldb) continue
```
显示当前线程的堆栈回溯。
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```
(lldb) bt
```
按需执行调试命令进行后续调试操作。
退出调试。
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(lldb) quit
```

FAQ

当在LLDB调试环境中执行run命令时，若控制台返回"error: 'A' packet returned an error: 8"或类似错误代码，此问题通常表明调试器无法创建调试进程。

该异常现象主要由权限不足引发，建议通过以下步骤排查：

1）验证目标设备是否已开启调试授权；

验证方式为设备上设置中的”开发者选项”，如果没有开启，开启后再尝试调试。

2）确认当前用户是否具有目标进程的调试权限。

user用户只能调试应用，不能调试可执行文件。
运行lldb-server，报错“Permission denied”。一般是lldb-server无可执行权限导致的，添加权限即可。