通过 gdb 调试内核和模块¶

内核调试器 kgdb、虚拟机管理程序（如 QEMU）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 配备了强大的 Python 脚本接口。内核提供了一系列辅助脚本，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它们的简短教程。它主要关注 QEMU/KVM 虚拟机作为目标，但这些示例也可以转移到其他 gdb stub。

要求¶

gdb 7.2+（推荐：7.4+），启用 Python 支持（通常对于发行版来说是这样）

设置¶

为 QEMU/KVM 创建一个 Linux 虚拟机（有关更多详细信息，请参阅 www.linux-kvm.org 和 www.qemu.org）。对于交叉开发，https://landley.net/aboriginal/bin 保留了一个机器镜像和工具链池，可以帮助您开始。
使用启用的 CONFIG_GDB_SCRIPTS 构建内核，但关闭 CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED。如果您的架构支持 CONFIG_FRAME_POINTER，请保持启用状态。
将该内核安装到 Guest 中，如有必要，通过将“nokaslr”添加到内核命令行来关闭 KASLR。或者，QEMU 允许使用 -kernel、-append、-initrd 命令行开关直接引导内核。如果您不依赖模块，这通常才有用。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，则应使用禁用的 CONFIG_RANDOMIZE_BASE 构建内核。
构建 gdb 脚本（v5.1 及以上内核需要）
```
make scripts_gdb
```
启用 QEMU/KVM 的 gdb stub，可以
- 在 VM 启动时，将“-s”附加到 QEMU 命令行
或
- 在运行时，从 QEMU 监视器控制台发出“gdbserver”
cd /path/to/linux-build
启动 gdb：gdb vmlinux

注意：某些发行版可能会限制 gdb 脚本的自动加载到已知的安全目录。如果 gdb 报告拒绝加载 vmlinux-gdb.py，请添加
```
add-auto-load-safe-path /path/to/linux-build
```
到 ~/.gdbinit。有关更多详细信息，请参阅 gdb 帮助。
连接到已启动的 Guest
```
(gdb) target remote :1234
```

使用 Linux 提供的 gdb 帮助程序的示例¶

加载模块（和主内核）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

在一些尚未加载的模块函数上设置断点，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命中的情况

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（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"

使用当前或指定 CPU 的 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 辅助函数深入研究 hrtimer

(gdb) set $leftmost = $lx_per_cpu(hrtimer_bases).clock_base[0].active.rb_root.rb_leftmost
(gdb) p *$container_of($leftmost, "struct hrtimer", "node")
$5 = {
  node = {
    node = {
      __rb_parent_color = 18446612686384860673,
      rb_right = 0xffff888231da8b00,
      rb_left = 0x0
    },
    expires = 1228461000000
  },
  _softexpires = 1228461000000,
  function = 0xffffffff8137ab20 <tick_nohz_handler>,
  base = 0xffff888231d9b4c0,
  state = 1 '\001',
  is_rel = 0 '\000',
  is_soft = 0 '\000',
  is_hard = 1 '\001'
}

命令和函数列表¶

命令和便捷函数的数量可能会随着时间的推移而演变，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

可以通过“help <command-name>”获取命令的详细帮助，通过“help function <function-name>”获取便捷函数的详细帮助。