通过gdb调试内核和模块¶

Kgdb内核调试器、QEMU等虚拟机管理程序或基于JTAG的硬件接口，支持在运行时使用gdb 调试Linux内核及其模块。Gdb提供了一个强大的python脚本接口，内核也提供了一套辅助脚本以简化典型的内核调试步骤。本文档为如何启用和使用这些脚本提供了一个简要的教程。此教程基于QEMU/KVM虚拟机，但文中示例也适用于其他gdb stub。

环境配置要求¶

gdb 7.2+ (推荐版本: 7.4+) 且开启python支持 (通常发行版上都已支持)

设置¶

创建一个QEMU/KVM的linux虚拟机（详情请参考 www.linux-kvm.org 和 www.qemu.org ）。对于交叉开发，https://landley.net/aboriginal/bin 提供了一些镜像和工具链，可以帮助搭建交叉开发环境。
编译内核时开启CONFIG_GDB_SCRIPTS，关闭CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED。如果架构支持CONFIG_FRAME_POINTER，请保持开启。
在guest环境上安装该内核。如有必要，通过在内核command line中添加“nokaslr”来关闭KASLR。此外，QEMU允许通过-kernel、-append、-initrd这些命令行选项直接启动内核。但这通常仅在不依赖内核模块时才有效。有关此模式的更多详细信息，请参阅QEMU文档。在这种情况下，如果架构支持KASLR，应该在禁用CONFIG_RANDOMIZE_BASE的情况下构建内核。
启用QEMU/KVM的gdb stub，可以通过如下方式实现
- 在VM启动时，通过在QEMU命令行中添加“-s”参数
或
- 在运行时通过从QEMU监视控制台发送“gdbserver”
切换到/path/to/linux-build(内核源码编译)目录
启动gdb：gdb vmlinux

注意：某些发行版可能会将gdb脚本的自动加载限制在已知的安全目录中。如果gdb报告拒绝加载vmlinux-gdb.py（相关命令找不到），请将:
```
add-auto-load-safe-path /path/to/linux-build
```
添加到~/.gdbinit。更多详细信息，请参阅gdb帮助信息。
连接到已启动的guest环境:
```
(gdb) target remote :1234
```

使用Linux提供的gdb脚本的示例¶

加载模块（以及主内核）符号:

(gdb) lx-symbols
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中的函数函数设置断点，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.

继续执行:
```
(gdb) c
```

加载模块并且能观察到正在加载的符号以及断点命中:

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);

查看内核的日志缓冲区:

(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
....

查看当前task struct结构体的字段（仅x86和arm64支持）:

(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函数:

(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查看更多hrtimers信息:

(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"
}

命令和辅助调试功能列表¶

命令和辅助调试功能可能会随着时间的推移而改进，此文显示的是初始版本的部分示例:

(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

可以通过“help <command-name>”或“help function <function-name>”命令获取指定命令或指定调试功能的更多详细信息。