“使用gdb调试内核和模块”的版本间的差异

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2020年8月1日 (六) 02:11的版本

内核调试器kgdb,像QEMU这样的管理程序或基于JTAG的硬件接口允许使用gdb在运行时调试Linux内核及其模块。Gdb自带一个强大的python脚本接口。内核提供了一系列帮助脚本,可以简化典型的内核调试步骤。这是一个关于如何启用和使用这些脚本的简短教程。它主要以QEMU/KVM虚拟机为目标,但例子也可以转移到其他的Gdb存根上。

要求

gdb 7.2+ (推荐:7.4+),支持python (通常发行版都是如此)

设置

为QEMU/KVM创建一个虚拟Linux机器(更多细节请参见www.linux-kvm.org 和www.qemu.org)。对于交叉开发,https://landley.net/aboriginal/bin 保存了一个机器映像和工具链的池子,可以帮助我们从这里开始。

启用CONFIG_GDB_SCRIPTS来编译内核,但不要关闭CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED。如果你的架构支持 CONFIG_FRAME_POINTER,保持它的启用。

在客户机上安装该内核,如果需要的话,在内核命令行中添加 "nokaslr "来关闭KASLR。另外,QEMU允许使用-kernel, -append, -initrd命令行直接启动内核。这通常只在你不依赖模块的情况下有用。参见QEMU文档以获得更多关于这种模式的细节。在这种情况下,如果架构支持KASLR,你应该在禁用CONFIG_RANDOMIZE_BASE的情况下构建内核。

启用QEMU/KVM的gdb stub,可以是

通过在QEMU命令行中添加"-s",在虚拟机启动时使用 或

在运行时,从QEMU监控控制台中发出 "gdbserver"。 cd /path/to/linux-build

启动gdb:gdb vmlinux

注意:有些发行版可能会限制自动加载gdb脚本到已知的安全目录。如果gdb报告说拒绝加载vmlinux-gdb.py,请添加。

add-auto-load-safe-path /path/to/linux-build。 到 ~/.gdbinit。更多细节请参见gdb帮助。

连接到已启动的客人。

(gdb) target remote :1234

使用Linux提供的gdb助手的例子

  • 加载模块(和主内核)符号
loading vmlinux
scanning for modules in /home/user/linux/build
loading @0xffffffffa0020000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_tcpudp.ko
loading @0xffffffffa0016000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_pkttype.ko
loading @0xffffffffa0002000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_limit.ko
loading @0xffffffffa00ca000: /home/user/linux/build/net/packet/af_packet.ko
loading @0xffffffffa003c000: /home/user/linux/build/fs/fuse/fuse.ko
...
loading @0xffffffffa0000000: /home/user/linux/build/drivers/ata/ata_generic.ko
  • 对一些尚未加载的模块函数设置断点,例如:
(gdb) b btrfs_init_sysfs
Function "btrfs_init_sysfs" not defined.
Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y
Breakpoint 1 (btrfs_init_sysfs) pending.
  • 继续目标
(gdb) c
  • 在目标上加载模块,并观察符号被加载以及断点被击中:
loading @0xffffffffa0034000: /home/user/linux/build/lib/libcrc32c.ko
loading @0xffffffffa0050000: /home/user/linux/build/lib/lzo/lzo_compress.ko
loading @0xffffffffa006e000: /home/user/linux/build/lib/zlib_deflate/zlib_deflate.ko
loading @0xffffffffa01b1000: /home/user/linux/build/fs/btrfs/btrfs.ko

Breakpoint 1, btrfs_init_sysfs () at /home/user/linux/fs/btrfs/sysfs.c:36
36              btrfs_kset = kset_create_and_add("btrfs", NULL, fs_kobj);
  • 转储目标内核的日志缓冲区:
(gdb) lx-dmesg
[     0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset
[     0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
[     0.000000] Linux version 3.8.0-rc4-dbg+ (...
[     0.000000] Command line: root=/dev/sda2 resume=/dev/sda1 vga=0x314
[     0.000000] e820: BIOS-provided physical RAM map:
[     0.000000] BIOS-e820: [mem 0x0000000000000000-0x000000000009fbff] usable
[     0.000000] BIOS-e820: [mem 0x000000000009fc00-0x000000000009ffff] reserved
....
  • 检查当前任务结构的字段
gdb) p $lx_current().pid
$1 = 4998
(gdb) p $lx_current().comm
$2 = "modprobe\000\000\000\000\000\000\000"
  • 对当前或指定的CPU使用per-cpu功能
(gdb) p $lx_per_cpu("runqueues").nr_running
$3 = 1
(gdb) p $lx_per_cpu("runqueues", 2).nr_running
$4 = 0
  • 使用container_of助手挖掘hrtimers
(gdb) set $next = $lx_per_cpu("hrtimer_bases").clock_base[0].active.next
(gdb) p *$container_of($next, "struct hrtimer", "node")
$5 = {
  node = {
    node = {
      __rb_parent_color = 18446612133355256072,
      rb_right = 0x0 <irq_stack_union>,
      rb_left = 0x0 <irq_stack_union>
    },
    expires = {
      tv64 = 1835268000000
    }
  },
  _softexpires = {
    tv64 = 1835268000000
  },
  function = 0xffffffff81078232 <tick_sched_timer>,
  base = 0xffff88003fd0d6f0,
  state = 1,
  start_pid = 0,
  start_site = 0xffffffff81055c1f <hrtimer_start_range_ns+20>,
  start_comm = "swapper/2\000\000\000\000\000\000"
}

命令和功能列表

命令和便利功能的数量可能会随着时间的推移而变化,这只是初始版本的快照。

(gdb) apropos lx
function lx_current -- Return current task
function lx_module -- Find module by name and return the module variable
function lx_per_cpu -- Return per-cpu variable
function lx_task_by_pid -- Find Linux task by PID and return the task_struct variable
function lx_thread_info -- Calculate Linux thread_info from task variable
lx-dmesg -- Print Linux kernel log buffer
lx-lsmod -- List currently loaded modules
lx-symbols -- (Re-)load symbols of Linux kernel and currently loaded modules

详细的帮助可以通过命令的"help <command-name>"和"help function <function-name>"获得。