KDB应用指南

kdb是一个Linux系统的内核调试器，它是由SGI公司开发的遵循GPL许可证的开放源码调试工具。kdb嵌入在Linux内核中，为内核程序员提供调试手段。它适合于调试内核空间的程序代码，譬如进行设备驱动程序调试，内核模块的调试等。目前kdb支持包括x86(IA32)、IA64和MIPS在内的体系结构。

安装kdb

官方发布的Linux内核并不包含kdb。kdb是一个内核源程序的补充。kdb通过修改内核源程序将调试器的源代码嵌入到内核中从而提供方便的调试手段。因此要使用kdb进行调试，需要重新编译内核。编译后的内核中包含kdb的调试器代码。安装kdb的步骤如下。

1.获得kdb源代码

kdb的源代码是由SGI提供的，网上也有许多站点提供kdb源代码包。在下载源代码包之前，需要知道所使用的Linux内核的版本。针对不同的内核版本，kdb有不同的源码包。这里假定我们使用的是2.4.7的内核。在如下地址可以找到关于kdb的简短介绍。SGI提供ftp下载，地址为：ftp://oss.sgi.com/www/projects/kdb/download/ix86 ，在此目录下，找到相应版本的的kdb源码包。源码包有两种格式，一种是.gz格式压缩，一种是.bz2格式压缩，文件名后缀分别为.gz和.bz2，用户可以根据自己的情况选择相应格式的文件下载。源码包以如下格式进行命名：kdb-vX.X-Y.Y.Y.bz2(.gz)，其中X.X为kdb的版本号，而Y.Y.Y为所对应的Linux内核的版本号。根据所使用的内核版本，选择相应的Y.Y.Y后缀的文件下载。注意：kdb仅仅提供对Linux官方发布的内核版本的支持，如果使用发行商修改的内核版本，譬如Redhat 7.2的内核版本为2.4.7-10，这是经过Red Hat修改的内核版本，kdb没有相应的版本，如果选择为2.4.7而写的kdb版本，在对内核重编译时将会失败。因此，如果要使用kdb，必须使用官方发布的内核版本。目前kdb提供从2.2.3到2.4.19之间的所有内核版本的相应源代码包。

2.安装kdb源代码

下载kdb源码包后，将源码包解压缩，拷贝到内核源代码目录下，然后执行如下命令：

#cd /usr/src/Linux-2.4.7 #patch p1 < kdb-v1.8-2.4.7

注意：如果没有安装内核源代码，需要先安装内核源代码。

3.配置内核

执行上述步骤之后，运行内核配置程序：#make menuconfig。进入配置菜单，进入Kernel Hacking，这时可以看到屏幕菜单中多了几项，选择Magic SysRq Key和Built-in Kernel Debugger Support。第三项kdb off by default意味着是否缺省启动kdb，如果选择它，那么用户需要在使用kdb之前显式地激活它。如果需要，选择Compile the kernel with frame pointer。选择最后一项，表示在编译时使帧指针寄存器不作为通用寄存器使用，而是专用于帧指针。配置完成后，保存配置文件，退出配置程序。

4.编译内核

依照以下步骤重新编译内核：

#make clean #make dep #make bzImage

5.安装新内核

将新内核拷贝到boot目录下：

#cp /usr/src/Linux-2.4.7/arch/i386/boot/bzImage /boot/kdbkernel

修改lilo.conf，加入如下几行：

image=/boot/kdbkernel label = kdbkernel read-only root = /dev/hda1

运行lilo，使的lilo可以引导新内核。至此，kdb安装就完成了。

kdb的基本用法

安装新内核后，使用新内核重新启动机器，现在，内核已经有kdb支持了。那么如何进入调试环境呢？如果在配置内核时，没有选择kdb-off by default，那么在内核启动后，按下“pause”键即可进入kdb调试环境。如果在配置内核时选择了kdb-off by default，那么有两种办法：一种是在启动时加入“kdb=on”，另一种方式是在proc文件系统加载后，输入如下命令：

#echo 1”>/proc/sys/kernel/kdb。

然后就可以按“pause”键进入调试环境了。按“pause”键后，出现提示符kdb>，同时键盘上Caps和Scroll两指示灯不停闪烁，提示现在处于kdb调试环境中。

kdb提供丰富的命令实现运行控制、内存操纵、寄存器操纵、断点设置、堆栈跟踪等许多功能，总共有33条命令，下面分别进行介绍。

运行控制类

包括go、ss和ssb三个命令，提供对程序执行的控制。具体用法如下：

go：继续程序执行

格式：go

该命令使内核继续执行，直到遇到一个断点才停止。如果没有设置断点，该命令将离开kdb调试器，系统回到正常运行状态。Caps和Scroll指示灯恢复到原来的状态。

ss：单步执行程序

格式：ss

该命令仅仅执行下一条指令，执行完后停止。这在进行跟踪时是必不可少的。

ssb：执行到分支或者函数调用时停止

格式：ssb

该命令与ss的区别是，ss只执行一条语句，而ssb执行一组语句，它使指令继续执行，在遇到一个分支语句，或者遇到一个函数调用语句时停止。

断点类

kdb提供强大的断点功能，包括设置断点、清除断点、激活断点、使断点失效，kdb也可以设置硬件断点。断点指令包括bp、bl、bpa、bph、bpha、bc、be和bd。

bp：设置或者显示断点

格式：bp [<vaddr>]

该命令设置一个新的断点，其中vaddr是要设置的断点的地址。如果不带参数，运行bp将显示当前设置的所有断点。

bl：设置或者显示断点

格式：bl [<vaddr>]

该命令的操作与bp命令相同。

bpa：设置或者显示全局断点

格式：bpa [<vaddr>]

该命令设置一个全局断点，或者显示所有全局断点，用法同上。

bph：设置硬件断点或者显示所有断点

格式：bph [vaddr [datar|dataw|io [length]]]

如果不带参数，则显示所有断点。如果带参数，那么设置断点。其中vaddr为要设置硬件断点的地址，datar表示对该内存区进行读操作，dataw表示写操作，io表示对该内存区进行io输入输出操作。length指明读写io操作的数据长度。

bpha：设置硬件断点或者显示所有断点

格式和用法同bph。

bc：清除断点

格式：bc <bpnum>

清除标号为bpnum的断点。如果断点号为“*”，将清除所有断点。

bd：使断点无效

格式：bd <bpnum>

使标号为bpnum的断点无效，如果标号为“*”，表示使所有断点无效。

be：激活断点

格式：be <bpnum>

激活标号为bpnum的断点。如果标号为“*”，将激活所有无效的断点。

内存操作类

内存操作类命令包括对内存进行显示和修改的md、mdr、mds、mm四条命令。

md：显示内存内容

格式1：md [vaddr [line-count [output-radix]] ]

显示地址为vaddr的内存的内容。line-count为要显示的内存的行数，output-radix指定以8进制、10进制或者16进制显示。如果省略line-count和output-radix，那么将以设置的环境变量MDCOUNT和RADIX方式显示。如果不带任何参数，md命令将接着上次md命令的后续地址显示内存内容。

格式2：mdWcn

在缺省情况下，md以当前环境变量BYTESPERWORD的值读取数据，在读取硬件寄存器的时候，需要指定数据的宽度。这是可以使用mdWcn来进行读取，W是读取的宽度，单位是字节，cn为要读取的数目。

mdr：显示原始内存的内容

格式：mdr <vaddr> <count>

从指定地址vaddr开始显示count长度的内存，它打印一连串的内存数据。这个命令是留给外部的调试器使用的，一般很少使用。

mds：以符号的方式显示内存的内容

格式：mds [vaddr [line-count [output-radix]]]

从指定地址vaddr开始显示内存的内容，与md的区别是每行仅显示一个字，并且它试图将该地址与符号表进行匹配，如果找到，那么它将显示相应的符号名以及偏移值。如果不带参数，它将从上次mds的末尾开始显示。

mm：修改内存内容

格式1：mm <vaddr> <new content>

将指定地址vaddr开始的数据修改为新的数据。修改的数据的长度为一个机器字。

格式2：mmW <vaddr> <new content>

意义同上，区别在于它改变W字节的内容。

堆栈跟踪类

该类指令实现对堆栈的跟踪，包括bt、btp和bta三条命令。

bt：显示调用堆栈

格式：bt [<stack-frame addr>]

如果不指定参数，它根据当前寄存器的内容显示堆栈，提供当前活动线程的完整的堆栈跟踪。如果指定stack-frame addr参数，它将从该地址开始跟踪。

btp：显示进程的堆栈

格式：btp <pid>

显示由pid指定的进程的堆栈。

bta：显示所有进程的堆栈

格式：bta

寄存器类

寄存器类命令包括对寄存器内容进行显示和修改的rd和rm指令，以及异常帧显示指令ef。

rd：显示寄存器内容

格式：rd [c|d|u]

如果不带任何参数，rd显示所有进入kdb调试器时该点所设置的所有通用寄存器的值。如果带c参数，它将显示控制寄存器cr0、cr1、cr2、cr4寄存器的内容。如果带d参数，它显示调试寄存器的内容。如果带u参数，它显示当进入kdb调试器时当前任务的所有寄存器。

rm：修改寄存器的内容

格式：rm <register-name> <register-content>

该命令修改register-name指定的寄存器的内容为register-content。其中register-name为%eax、%ebx、%ecx、%edx、%esi、%edi、%esp、%eip或%ebp。如果参数为%%，由rd u指定的寄存器将被修改。当前rm命令不允许修改控制寄存器，也不允许显示和修改Pentium和Pentium Pro系列的特定寄存器。

ef：显示异常帧

格式： ef <vaddr>

显示vaddr地址处的异常帧。

环境变量类

这类指令对kdb调试器环境变量进行显示和设置。包括set和env命令。

set：设置环境变量

格式：set <env-var=value>

将环境变量env-var的值设置为value。最多有33个环境变量，每个环境变量最大512字节。kdb的主要环境变量有：

PROMPT：kdb调试器提示符，缺省为kdb>。

MOREPROMPT：在一屏显示不下的情况下，系统的提示符，缺省为more>。

RADIX：显示数据时所使用的数制，缺省为16进制。

LINES：kdb调试器显示行数。缺省为24行。

COLUMNS：kdb调试器显示的列数。缺省为80列。

MDCOUNT：执行md指令时显示的内存行数，缺省为8行。

BTARGS：执行bt跟踪时，指定任一函数在打印时所使用参数最大个数。

SSCOUNT：该环境变量规定在执行ssb命令时，如果显示超过此数，执行将停止。缺省为20。

IDMODE：反汇编时所使用的指令格式。缺省为x86。

BYTESPERWORD：指定字的长度，缺省为4个字节。

IDCOUNT：反汇编时，一次反汇编的指令长度，缺省为16条指令。

env：显示环境变量

格式：env

显示所有环境变量的值。

id：指令反汇编

格式：id <vaddr>

从vaddr开始的地址反汇编指令。

cpu：切换到另一个CPU

格式：cpu <cpunum>

这条命令仅仅在SMP结构下有用，它切换到由cpunum指定的CPU。

ps：显示所有活动的进程

格式：ps

显示当前的活动的进程。包括pid、父进程pid、CPU号、当前状态，以及对应的线程。

reboot：重新启动机器

格式：reboot

在某些情况下，内核无法返回到正常工作状态，这时可以利用reboot重新启动机器。注意在重启机器前，它不进行任何状态保存的工作。

sections：列出内核中所有已知的段的信息

格式：sections

列出模块和内核的所有已知的段的信息。首先是模块信息，最后是内核信息。包括模块名和一个或者多个段的信息。段信息包括段名、段起始地址、段结束地址和段标识。本命令仅仅是为外部调试器而设立的。

sr：激活SysRq代码，也就是调用MAGIC_SYSRQ函数

格式：sr <sysrq key>

将sysrq key字符作为参数传递给SysRq函数进行处理，就像你已经键入了SysRq键和该字符一样。如果要使用这个命令，需要在配置内核时，选择Magic SysRq Key。然后在新内核启动后，使用如下命令激活SysRq功能。

#echo “1” > /proc/sys/kernel/sysrq

这是一个功能强大的命令，它使得在kdb中可以使用操作系统提供的SysRq处理函数。

lsmod：列出内核中加载的所有模块

格式：lsmod

显示所有模块的信息。包括模块名、模块大小、模块结构地址、引用计数，以及被哪个模块所引用。

rmmod：卸载一个模块

格式：rmmod <modname>

将由modname指定的模块从内核中卸载。

ll：对链表中的每个元素重复执行命令

格式：ll <addr> <link-offset> <cmd>

它对以地址addr开头的链表的头link-offset个元素，重复执行cmd命令。

help和？：显示帮助信息。

格式：help 或者?

显示kdb的命令以及简单的用法。

提高调试效率

kdb是一个强大的内核调试工具，gdb需要两台机器通过串口才能进行调试，而kdb只需要一台机器即可进行调试，对于普通用户来说，是非常方便的。对于编写内核程序（譬如可加载模块）的程序员来说，kdb提供的这些命令使得调试工作难度大大降低，使得调试效率得以提高。另外对于内核感兴趣的人可以使用kdb来查看内核的数据结构和运行状态，从而加深对内核的理解。不足之处是kdb无法提供源码级的调试，要求程序员有一定的汇编程序基础。但总的来说，kdb提供了一种强有力的内核调试手段，笔者在开发内核模块时，使用kdb进行调试，在较短的时间内完成了调试任务。