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分类: LINUX

2009-08-15 15:18:48

2.6.29内核下已经支持kgdb调试了,今天试验了一下,可以成功。主要按照这个文章来做
 
当然,我用的是两台vmware虚拟机来测试的。
使用ubuntu 9.04.
一台做开发主机,一台目标主机,在VMware下设置虚拟机的时候加上串口(使用pipe),其中目标机选择this end is the client,the other end is virtual machine.
 
开发机选择this end is the server,the other end is virtual machine,下面的Yield CPU on poll也选择上。
 
其它的大概就是类似的了。
 
Author : ZC Miao
Date : Sunday, July 20 2008

* 简介
从 2.6.25 开始,Linux 主干内核开始内置了代码级调试器 kgdb。通过 kgdb,开发者就可以在内核代码中设置断点,单步调试和观察变量。为了使用 kgdb,你需要有两个系统。一个作为开发系统,一个作为测试系统嗯。两台机器通过串口线连接。需要调试的内核运行在测试己其上。串口线用于 gdb 连接远程目标。kgdb 已经还可以支持通过以太网连接两台机器,不过目前内核中(2.6.26)还没有这部分代码。
本文通过 qemu 模拟器运行 2.6.26 的 内核作为测试系统,并通过 qemu 的虚拟TCP串口设备功能,使开发系统的 gdb 可以通过连接本地 tcp 端口调试内核。本文使用的开发系统:
Fedora 9, 2.6.25.10-86.fc9.i686
QEMU PC emulator version 0.9.1, Copyright (c) 2003-2008 Fabrice Bellard
GNU gdb Fedora (6.8-11.fc9)
gcc (GCC) 4.3.0 20080428 (Red Hat 4.3.0-8)
注:当使用 qemu 的时候, 可以直接使用 qemu -s -S 功能调试,不需要 KGDB 的支持,这里的例子是模拟一个类似调试真实平台的例子。

* 配置和启动
1. 内核选项
kgdb 选项 :
CONFIG_KGDB=y
CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
选项在 Kernel hacking 里可以找到
同时,为了能在系统运行时中断系统并出发远程 gdb,必须打开内核 Magic Sys-Rq 键选项 :
CONFIG_MAGIC_SYSRQ=y
打开内核符号调试:
CONFIG_DEBUG_INFO=y
注意事项:
CONFIG_DEBUG_RODATA 必须被禁用,否则kgdb讲无法正常使用。


2. 启动 qemu
代码:
qemu ${QEMU_ARGS} \
-kernel "$VMLINUZ" \
-append "${KERNEL_CMDLINE} kgdboc=ttyS0,115200 kgdbwait" \
-serial tcp::${KGDB_TCPPORT},server \
-hda "${QEMU_HDA}" >/dev/null &
qemu 选项中:
-kernel 编译好的内核,压缩过的
-append 传给 kernel 的命令行选项
-serial 使系统的第一个串口与本地的 TCP 端口关联起来,用于模拟终端,这样gdb就可以连接到目标系统而不用串口线了。
-hda 用于运行开发系统的Linux系统qemu硬盘。你也可以在用 nfs root 启动系统,但qemu必须要求你指定至少一个qemu硬盘,你可以使用空的硬盘,用qemu-img工具创建。
kernel 选项中:
kgdboc 的意思是 kgdb over console,这里将kgdb连接的console设置为ttyS0,波特率为115200
kgdbwait 使 kernel 在启动过程中等待 gdb 的连接。

3. gdb 连接测试系统
qemu 启动后会等待 gdb 连接 tcp 端口以启动模拟串口。
运行下面的命令启动gdb,如果没设置KGDB_GDB变量,默认用 gdbtui 启动,其中 VMLINUX 是未压缩的 kernel 文件。
${KGDB_GDB:-gdbtui} $VMLINUX
设置波特率
(gdb) set remotebaud 115200
连接目标
(gdb) target remote tcp:localhost:${KGDB_TCPPORT}
连接成功后由于启动了 kgdbwait 选项,kgdb 会在内核启动的某个阶段得到控制权:
代码:
Remote debugging using tcp:localhost:4555
kgdb_register_io_module (new_kgdb_io_ops=)
at /data/home/hellwolf/mydoc/prog/linux/linux-2.6/kernel/kgdb.c:1674
(gdb)
现在就可以开始使用 kgdb 调试内核了。


* 基本功能
1. 杀死 gdb
如果 gdb 遇到问题无法相应了,可以在测试系统上运行下列命令中断调试:
代码:
echo -e "\003" > /dev/ttyS1
如果你重启系统了,gdb 也需要重新连接系统。

2. 中断测试系统
为了在测试系统运行的时候让 gdb 获得控制权,需要使用 Sys-Rq。关于 Sys-Rq 的详细设置方法,见 Documentation/sysrq.txt。 你可以在系统运行时键盘上输入 Sys Rq+g,然后 gdb 就会出现:
代码:
Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap.
[Switching to Thread -1]
sysrq_handle_gdb (key=103, tty=0xc7869800)
at /data/home/hellwolf/mydoc/prog/linux/linux-2.6/kernel/kgdb.c:1674
(gdb)
如果你不知道如何在键盘上输入,或者你需要程序控制,则可以用下列等价命令模拟:
代码:
# echo g > /proc/sysrq-trigger
3. 继续执行测试系统
代码:
(gdb) c
即可

4. 设置断点,查询变量,单步调试,和调用堆栈
这些都和调试普通程序一样,比如:
代码:
(gdb) b sys_open
Breakpoint 1 at 0xc046d268: file /data/home/hellwolf/mydoc/prog/linux/linux-2.6/
fs/open.c, line 1107.
(gdb) c
Continuing.
[New Thread 612]
[Switching to Thread 612]

Breakpoint 1, sys_open (filename=0xb7f68a9c "/etc/ld.so.cache", flags=0,
mode=0) at /data/home/hellwolf/mydoc/prog/linux/linux-2.6/fs/open.c:1107
(gdb) p filename
$1 = 0xb7f68a9c "/etc/ld.so.cache"
(gdb)n
(gdb)bt
#0 sys_open (filename=0xb7f68a9c "/etc/ld.so.cache", flags=0, mode=0)
at /data/home/hellwolf/mydoc/prog/linux/linux-2.6/fs/open.c:1113
#1 0xc0403976 in system_call ()
at /data/home/hellwolf/mydoc/prog/linux/linux-2.6/arch/x86/kernel/entry_32.S
:377
#2 0x00000000 in ?? ()
5. 局限性
kgdb 不支持 tracepoints 和 watchpoints,除非有硬件调试器支持。
kgdb 的 threads 也无法正常使用。


* GDB 脚本
gdb 可以定义 sequences 脚本, 功能局限,但是可以用来简化一些工作。比如在 gdb 调试状态下 lsmod 的脚本:
代码:
set $_lsmod_modules = modules->next
# 1 10 15
printf "Module Size\n"
while $_lsmod_modules != &modules
set $_lsmod_module = (struct module*)((unsigned char*)$_lsmod_modules-(unsigned int)&(((struct module*)0)->list))
printf "%-15s %d\n", $_lsmod_module->name, $_lsmod_module->init_size + $_lsmod_module->core_size
set $_lsmod_modules = $_lsmod_modules->next
end
用 source 命令可以读入外部的 gdb 命令序列文件。
gdb 脚本最大的局限性在于,没有内置的字符串比较功能,比如我要得到一个(struct module*),我必须遍历模块列表然后做字符串匹配。这里我用了一个比较特殊的解决办法,我定义了两个gdb sequences :
代码:
define xsrun
if $argc == 0
printf "Usage : xsrun xsourcecmd args...\n"
else
shell rm -f /tmp/*.xsource
shell echo 0 > /tmp/seq.xsource
if $argc == 1
xsource '$arg0'
end
if $argc == 2
xsource '$arg0' '$arg1'
end
if $argc == 3
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2'
end
if $argc == 4
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3'
end
if $argc == 5
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4'
end
if $argc == 6
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5'
end
if $argc == 7
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6'
end
if $argc == 8
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6' '$arg7'
end
if $argc == 9
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6' '$arg7' '$arg8'
end
if $argc == 10
xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6' '$arg7' '$arg8' '$arg9'
end
end
end

define xsource
if $argc == 1
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0'
end
if $argc == 2
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1'
end
if $argc == 3
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2'
end
if $argc == 4
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3'
end
if $argc == 5
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4'
end
if $argc == 6
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5'
end
if $argc == 7
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6'
end
if $argc == 8
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6' '$arg7'
end
if $argc == 9
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6' '$arg7' '$arg8'
end
if $argc == 10
shell $TOOLSDIR/kgdb-xsource '$arg0' '$arg1' '$arg2' '$arg3' '$arg4' '$arg5' '$arg6' '$arg7' '$arg8' '$arg9'
end

if $argc > 0
source /tmp/current.xsource
end
end
其中 $TOOLSDIR/kgdb-xsource 是我自定义的一个寻找名字为 '$arg0' 的 xsource 脚本的工具,我的实现就是在某个目录下找名字为 $arg0 的文件:
代码:
$ cat tools/kgdb-xsource
#!/bin/bash
. $(dirname "$0")/common.sh

if [ "$#" == 0 ];then
echo "kgdb-xsource xsourcecmd args...\\n\"" > /tmp/current.xsource
else
XSOURCECMD=$1
shift
XSOURCESEQ=$(cat /tmp/seq.xsource)
XSOURCESEQ=$((${XSOURCESEQ}+1))
echo ${XSOURCESEQ} > /tmp/seq.xsource
XSOURCEOFILE=/tmp/${XSOURCESEQ}-${XSOURCECMD}.xsource
if [ -f "$XSOURCEDIR/$XSOURCECMD" ] && [ -x "$XSOURCEDIR/$XSOURCECMD" ];then
$XSOURCEDIR/$XSOURCECMD "$@" > ${XSOURCEOFILE}
rm -f /tmp/current.xsource
ln -s ${XSOURCEOFILE} /tmp/current.xsource
else
echo "printf \"No such xsource command : $XSOURCECMD\\n\"" > /tmp/current.xsource
fi
fi
这些脚本的目的就是,通过外部脚本生成 gdb 脚本,然后再让 gdb 执行。他首先寻找 xsource 脚本,然后运行它,得到的输出(gdb sequences)保存到 /tmp 下的某个文件中,并链接为 /tmp/current.xsource, 然后让 gdb 执行改文件。
比如 strcmp_vs 脚本,这个脚本就是为了比较内部变量和一个字符串的:
代码:
$ cat tools/xsource.d/strcmp_vs
#!/usr/bin/perl
if (@ARGV != 3) {
print "printf \"Usage : strcmp result var str\\n\"";
exit 1
}

($result, $var, $str) = @ARGV;
print 'if ';
$i = 0;
for (0..length($str)-1) {
$i = $_;
$c = substr($str, $i, 1);
print ' && ' if $i;
print "${var}[$i] == '$c'";
}
++$i;
print " && ${var}[$i] == '\\0'
set \$$result = 0
else
set \$$result = -1
end
";
利用这个基本命令,我们现在就可以实现 getmod 功能拉:
代码:
$ cat tools/xsource.d/getmod
#!/bin/sh
[ $# != 2 ] && echo "printf \"Usage : getmod modvar modname\n\"" && exit 1

MODVAR=$1
MODNAME=$2
cat <set \$_getmod_modules = modules->next
set \$_getmod_modfound = 0
while \$_getmod_modules != &modules
set \$_getmod_module = (struct module*)((unsigned char*)\$_getmod_modules-(unsigned int)&(((struct module*)0)->list))
xsource strcmp_vs _getmod_modfound \$_getmod_module->name $MODNAME
if \$_getmod_modfound == 0
set \$$MODVAR = \$_getmod_module
set \$_getmod_modfound = 1
loop_break
end
set \$_getmod_modules = \$_getmod_modules->next
end

if \$_getmod_modfound != 1
printf "Module \\"$MODNAME\\" cannot be found\\n"
set \$$MODVAR = 0
end
EOF
运行范例:
代码:
(gdb) xsource getmod modvar hello
(gdb) print $modvar->sect_attrs->attrs[0]->name
$9 = 0xc7855b40 ".note.gnu.build-id"
* 调试内核模块

调试内核模块需要额外的步骤,因为内核模块是动态载入的,gdb 一开始无法从内核 VMLINUX 文件中得到模块中的函数和变量地址信息。这里必须用 gdb 的 add-symbol-file 命令:
代码:
add-symbol-file $MODFILE \\
$TEXT_ADDR \\
-s .data $DATA_ADDR \\
-s .bss $BSS_ADDR
其中 MODFILE 是 .ko 文件, 如何获得那三个地址是这里最关键的。这里有两种方法:
1. 从 sysfs 中获得
这种方法比较简单:
代码:
$ cat /sys/module/snd/sections/.text
0xf8f83000
$ cat /sys/module/snd/sections/.data
0xf8f8d040
$ cat /sys/module/snd/sections/.bss
0xf8f8e280
2. 用 gdb 脚本
这个脚本先通过上面的 getmod 脚本得到(struct module*),然后从里面得到所需要的 sections 的地址,最后调用 add-symbol-file 命令。不过因为有大量的 gdb 交互,所以会比较慢
代码:
$ cat tools/xsource.d/addmod2gdb
#!/bin/sh
# addmod2gdb($modname)
[ $# != 1 ] && echo "printf \"Usage : addmod2gdb modname\n\"" && exit 1

MODNAME=$1
MODFILE=$KMODSDIR/$MODNAME/${MODNAME}.ko
if [ -f $MODFILE ];then
cat <xsource getmod _addmod2gdb_mod $MODNAME
if \$_addmod2gdb_mod != 0
set \$_addmod2gdb_i = 0
set \$_addmod2gdb_c = 0
while \$_addmod2gdb_i < \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->nsections
if \$_addmod2gdb_c == 3
loop_break
end
xsource strcmp_vs _addmod2gdb_r \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->attrs[\$_addmod2gdb_i].name .text
if \$_addmod2gdb_r == 0
set \$_addmod2gdb_text = \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->attrs[\$_addmod2gdb_i].address
set \$_addmod2gdb_c = \$_addmod2gdb_c + 1
set \$_addmod2gdb_i = \$_addmod2gdb_i + 1
loop_continue
end

xsource strcmp_vs _addmod2gdb_r \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->attrs[\$_addmod2gdb_i].name .data
if \$_addmod2gdb_r == 0
set \$_addmod2gdb_data = \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->attrs[\$_addmod2gdb_i].address
set \$_addmod2gdb_c = \$_addmod2gdb_c + 1
set \$_addmod2gdb_i = \$_addmod2gdb_i + 1
loop_continue
end

xsource strcmp_vs _addmod2gdb_r \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->attrs[\$_addmod2gdb_i].name .bss
if \$_addmod2gdb_r == 0
set \$_addmod2gdb_bss = \$_addmod2gdb_mod->sect_attrs->attrs[\$_addmod2gdb_i].address
set \$_addmod2gdb_c = \$_addmod2gdb_c + 1
set \$_addmod2gdb_i = \$_addmod2gdb_i + 1
loop_continue
end

set \$_addmod2gdb_i = \$_addmod2gdb_i + 1
end

add-symbol-file $MODFILE \\
\$_addmod2gdb_text \\
-s .data \$_addmod2gdb_data \\
-s .bss \$_addmod2gdb_bss
end
EOF
else
echo "printf \"No such module file : $MODFILE\n\""
fi
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