Kernel 内核调试

本机环境 Win7 + VMware 14 Pro

1.安装Qemu,Ubuntu包管理器中的二进制版本比较老了,这里选择源码安装2.12.0版本

具体的安装教程可以参考这篇文章《QEMU 2.10.1 编译安装》,写的非常详细。

2.下载、编译目标的内核版本

这里下载的是4.4.1版本的Linux内核  linux-4.4.1.tar.xz

解压 编译

xz - d   linux-4.4.1.tar.xz

tar -xvf  linux-4.4.1.tar

cd linux-4.4.1

make menuconfig

 确保以下三个选项是勾选上的:

kernel hacking –> Kernel debugging
kernel hacking –> Compile-time checks and compiler options –> compile the kernel with debug info
kernel hacking –> Compile-time checks and compiler options -> compile the kernel with frame pointers

 在多核平台上使用-j 参数来加快编译

make -j

3.制作根文件系统

先了解以下几个文件的区别,参考这篇文章

vmlinux 是ELF文件,即编译出来的最原始的文件。 

vmlinuz 应该是由ELF文件vmlinux经过OBJCOPY后,并经过压缩后的文件 

zImage 是vmlinuz经过gzip压缩后的文件,适用于小内核

bzImage 是vmlinuz经过gzip压缩后的文件,适用于大内核

新建一个目录用于存放生成的内核文件,以及根文件系统:

mkdir ~/Desktop/kernel-debug

cp   ./arch/x86/boot/bzImage  ~/Desktop/kernel-debug

cd  ~/Desktop/kernel-debug

dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1M count=20  #新建一个20M的文件

mkfs -t ext3 rootfs.img #将其格式化为ext3文件系统格式

#将其mount 到新创建到目录rootfs上 

mkdir rootfs 

sudo mount -t ext3 -o loop rootfs.img rootfs 

#将挂载后的根文件系统中建立基本的目录结构

sudo mkdir rootfs/dev rootfs/proc rootfs/sys

给系统安装基本的命令行工具,比如ls,这里选择了BusyBox,下载的BusyBox源码

cd ~/Desktop/kernel-debug
tar -jxvf busybox-1.28.3.tar.bz2
cd busybox-1.28.3
#进行配置,注意这里选择静态连接的方式生成可执行文件,避免对外部lib有依赖 make menuconfig
#勾选Settings->Build Busybox as a static binary make -j #编译完成后,安装到目标的根文件系统中去,然后unmount掉根文件系统 make install CONFIG_PREFIX=~/Desktop/kernel-debug/rootfs
sudo umount ~/Desktop/kernel-debug/rootfs

  

4.启动Qemu虚拟机

sudo qemu-system-x86_64  -S -kernel ~/Desktop/kernel-debug/bzImage -hda ~/Desktop/kernel-debug/rootfs.img -append "root=/dev/sda init=/bin/ash"

此时启动的Qemu处于Pasued状态,单机黑色区域,让Qemu接收输入,按下ctrl+ alt + 2,切换到控制台。

注意之后可以通过ctrl + alt + G 来让qemu释放鼠标以及键盘输入。

启动gdbserver,监听到8888端口,便于用GDB来远程调试。

5.使用GDB连接到gdbserver进行调试

由于GDB用的不太熟悉,这里使用图形化的调试工具DDD,可以通过以下命令安装:

sudo apt-get install ddd
#切换到之前linux编译的目录
cd linux-4.4.1
#选择未压缩的内核文件,读入符号表
ddd vmlinux

在GDB命令处,连接到Qemu中的GDB server:target remote 127.0.0.1:8888,这个时候Qemu中的Linux系统是处于Paused状态的。

连接之后可以在菜单栏Status–>BackTrace…中看到堆栈信息。

输入continue,让Qemu中的Linux系统运行起来,可以在Qemu中按下ctrl+Alt+1,切换到虚拟机的命令行界面,可以看到这个时候虚拟机已经正常运行起来了。

这里对Linux创建进程的系统调用下断点,观察调用栈:

在fork.c文件中的_do_fork函数处下断点:

切换到Qemu,使用ctrl+Alt+1回到Linux的控制台,运行ls,这时候shell会创建ls进程,这个时候ddd就会断下来了: