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arm架构linux内核调试实战
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前言
偶然间，发现了一个很好用的仓，可以十分方便地进行 arm 架构的 linux 内核调试，该仓地址如下 https://github.com/cc-droid/v-kernel-qemu ，对应的解析视频在 《linux内核源码分析 【0-00】从零搭建分析调试环境》 本篇笔记旨在记录一下对于该仓的使用流程，并且对其进行了一些小调整 环境搭建 Ubuntu安装VMware + Ubuntu20.04 ，这部分略过 前置配置安装 sshd，git，vim sudo apt-get install openssh-server sudo apt-get install git sudo apt-get install vim 主要配置通过 git 获取对应仓内容，笔者是先 fork 到 gitee 再进行 clone 的，进入 doc/ 里面有详细的环境搭建说明，一步步安装即可 preinstall sudo apt install build-essential sudo apt install bison sudo apt install flex sudo apt-get install gconf2 sudo apt install net-tools sudo apt-get install bridge-utils sudo apt-get install uml-utilities sudo apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev sudo apt-get install u-boot-tools qemu install sudo apt install qemu sudo apt install qemu-system toolchain install对于交叉编译链的安装需要格外注意版本，最好保持统一否则编译过程会不通过 wget https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu-a/9.2-2019.12/binrel/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-arm-none-linux-gnueabihf.tar.xz sudo tar xvf gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-arm-none-linux-gnueabihf.tar.xz -C /optenvironment variables set sudo vim /etc/profile add PATH=$PATH:/opt/gcc-arm-9.2-2019.12-x86_64-arm-none-linux-gnueabihf/bin at tail test toolchain source /etc/profile` arm-none-linux-gnueabihf-gcc --versionif output as below, succeed: arm-none-linux-gnueabihf-gcc (GNU Toolchain for the A-profile Architecture 9.2-2019.12 (arm-9.10)) 9.2.1 20191025 For Debug这部分为笔者的补充，在后续 debug 过程中如果不安装下列包会发生报错 sudo apt-get install libtinfo5 sudo apt-get autoremove libncurses-dev sudo apt-get install libncurses-dev sudo apt-get install libtinfo5 libncursesw5 sudo apt-get install libpython2.7对于网络部分的配置，笔者没有进行，由于不影响内核调试就不进行记录 至此，用于内核调试的环境搭建完毕 内核编译该仓之所以令人称赞，其原因就是写好了方便的脚本，特别是关于 arm 架构的 其脚本入口为 ./smake -arm，其说明如下 usage for arm: ./smake -arm zImage -- cross-complie linux kernel zImage ./smake -arm uImage -- cross-complie linux kernel uImage ./smake -arm uboot -- cross-complie uboot ./smake -arm busybox -- cross-complie busybox ./smake -arm rootfs -- create rootfs ext3 image ./smake -arm clean_rootfs -- clean rootfs dir ./smake -arm run_uboot -- run uboot in qemu without graphic ./smake -arm run_zImage -- run zImage in qemu with graphic ./smake -arm debug_uboot -- debug uboot use gdb in qemu without graphic ./smake -arm debug_zImage -- debug zImage use gdb in qemu with graphic ./smake -arm clean_boot -- clean uboot,reserve config ./smake -arm clean_kernel -- clean kernel,reserve config ./smake -arm disclean_boot -- deep clean uboot ./smake -arm distclean_kernel -- distclean kernel ./smake -arm clean_busybox -- clean busybox ./smake -arm distclean_busybox -- distclean busybox ./smake -arm setup_net -- setup net connection with qemu ./smake -arm modules xxx -- make kernel modules in src/modules/xxx,xxx indicates modules directory ./smake -arm modules clean xxx -- clean kernel modules in src/modules/xxx,xxx indicates modules directory因此，想要将内核运行起来，需要执行以下步骤，分别对内核、文件系统进行编译 ./smake -arm zImage 编译内核 ./smake -arm busybox 编译 busybox ./smake -arm rootfs 根据 busybox 建立 rootfs 文件系统 内核运行执行如下指令便能让内核运行起来 ./smake -arm run_zImage笔者在默认的运行方式中，会出现一些报错，如下图所示 重新执行内核运行指令，便能够成功运行，进入内核 通过该仓，也能够便捷地实现模块的加载与调试，与模块相关的内容主要包括： 编译模块 将模块放入内核文件系统 启动内核进行加载 编译模块根据 smake 的说明，编译模块只需要执行以下命令 ./smake -arm modules xxxxxx 对应 src/module/xxx 文件夹名字，以 helloworld 为例，执行 ./smake -arm modules helloworld 成功后便能够得到 test_module.ko 文件 前面内核编译的过程中，smake 基于 buysbox 创建了 rootfs，因此，只需要将 ko 文件移入 rootfs 镜像中即可 首先，将 rootfs 挂载到指定目录，便于利用当前 ubuntu 内核进行文件拷贝操作 sudo mount -t ext3 images/rootfs.ext3 /mnt可以进入 /mnt 中通过 ls 查看 rootfs 的内容 调用 insmod 进行模块加载，如下截图所示，说明加载成功 调试内核分为两步： 以调试的方式启动内核 通过 gdb 开启调试 以调试的方式启动内核根据 smake 说明，执行以下指令 ./smake -arm debug_zImage此时的内核会被启动，但不会继续执行，等待 gdb 建立链接 另起一个窗口，执行如下调试命令开启内核调试 ./debug kernel调试界面如下所示，以最近在学习的 kmem_cache_init 为例，通过 b kmem_cache_init对其打了个断点，执行 c 继续执行命令，可以跟踪到改函数中 由于通过 gdb 原生方式阅读比较困难，考虑使用 vscode 进行调试，其需要执行以下步骤 安装 vscode 的 c/c++ 插件 获取内核对应的 vmlinux 配置 vscode 的 lauch.json 打断点并运行调试 安装插件
安装好插件后，执行 F5 会自动生成 .vscode 目录，里面有 lauch.json 和 task.json 两个文件，需要删除 task.json ，并配置 lauch.json 如下 { "version": "0.2.0", "configurations": [ { "name": "kernel-debug", "type": "cppdbg", "request": "launch", "miDebuggerServerAddress": "127.0.0.1:1234", //服务器的地址和端口 "program": "/home/wonghiu/v-kernel-qemu/src/linux-5.6.11/vmlinux", //要调试的程序名 "args": [], "stopAtEntry": false, "cwd": "/home/wonghiu/v-kernel-qemu/src/linux-5.6.11", //调试程度的路径 "environment": [], "externalConsole": false, "logging": { "engineLogging": false }, "MIMode": "gdb", "miDebuggerPath": "arm-none-linux-gnueabihf-gdb", //需要修改为arm-none-linux-gnueabihf-gdb的绝对路径 } ] } 执行调试例如，笔者在 init/main.c 的 start_kernel 处打了个断点，按 F5 开启调试。（别忘了要以调试的方式启动内核） |
对此，决定不采用图形化界面的方式，修改 arm_func 的部分内容如下，添加了 -nographic 参数，并修改 console=ttyAMA0
查看其文件类型，为 arm 
将 test_module.ko 移入 /mnt 中即可，此时再运行内核就能在内核中看到相应 ko 文件 
至此，模块运行与调试部分结束，值得一提的是，该仓默认的 rootfs 容量很小，需要修改 rootfs_build.sh 将其大小改大一些才能便于调试
至此，该仓的基本功能体验完成。进一步地，就是根据脚本源码学习一下具体地执行流程【本文地址】