gdb+qemu是用来追踪内核的 linux内核追踪(trace)(QEMU+gdb)

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1、引言

   Linux内核是一个很大的模块,如果只是看源码有时会难以理解Linux内核的一些代码设计情况,如果可以结合Linux内核运行同时阅读源码再好不过,本文大致介绍Linux内核追踪方式,采用工具为qemu模拟器和gdb工具完成。

2、先决条件

 (1)工具:需要使用qemu模拟器和gdb,在默认的Linux发行版中基本都有gdb工具;而对于qemu模拟器则需要自己下载安装,可以使用qemu源码安装,比较麻烦,不建议使用,可以使用Linux发行版中的包管理器进行下载安装,对于ubuntu和debian使用apt-get install命令,而对于centos和federa使用yum包管理器安装;在ubuntu下安装qemu模拟器,对应的包的名字可以在http://packages.ubuntu.com/搜索

 (2)Linux内核源码:为了追踪Linux内核,你需要自己编译一个新的Linux内核,Linux内核下载网站https://www.kernel.org/,内核的具体编译方式在Linux内核源码压缩包中README文件有介绍

 (3)镜像文件:下载一个ubuntu的iso文件(或者其它Linux发行版的iso文件),使用qemu创建一个ubuntu镜像,创建过程为

       a)qemu-img create -f qcow2 ubuntu.img 10G (详细各个参数的含义见qemu-img的手册)

       b)qemu-i386 -hda ubuntu.img -cdrom ~/Documents/ubuntu-14.10-desktop-i386.iso

  1. #include <stdio.h>  
  2. #include <string.h>  
  3.   
  4. int main()  
  5. {  
  6.   int i;  
  7.   printf("TK------>>>sizeof i is %d\n",sizeof i);  
  8.   char *p = NULL;  
  9.   strcpy(p,"tankai");  
  10.   printf("p is %s\n",p);  
  11.   return 0;  
  12. }  

2.编译

gcc -g -o 1 1.c

3.运行

./1

[plain] view plain copy
  1. TK------>>>sizeof i is 4  
  2. 段错误  

二、运行跟踪

1.strace

strace ./1

[plain] view plain copy
  1. execve("./1", ["./1"], [/* 45 vars */]) = 0  
  2. brk(0)                                  = 0x94b000  
  3. access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  4. mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5f5e285000  
  5. access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  6. open("tls/x86_64/libc.so.6", O_RDONLY)  = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  7. open("tls/libc.so.6", O_RDONLY)         = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  8. open("x86_64/libc.so.6", O_RDONLY)      = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  9. open("libc.so.6", O_RDONLY)             = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  10. open("/home/lianxi/share/static/tls/x86_64/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  11. stat("/home/lianxi/share/static/tls/x86_64", 0x7fff7bbb1770) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  12. open("/home/lianxi/share/static/tls/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  13. stat("/home/lianxi/share/static/tls", 0x7fff7bbb1770) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  14. open("/home/lianxi/share/static/x86_64/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  15. stat("/home/lianxi/share/static/x86_64", 0x7fff7bbb1770) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  16. open("/home/lianxi/share/static/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  17. stat("/home/lianxi/share/static", {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, ...}) = 0  
  18. open("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/tls/x86_64/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  19. stat("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/tls/x86_64", 0x7fff7bbb1770) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  20. open("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/tls/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  21. stat("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/tls", 0x7fff7bbb1770) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  22. open("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/x86_64/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  23. stat("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/x86_64", 0x7fff7bbb1770) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  24. open("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0/libc.so.6", O_RDONLY) = -1 ENOTDIR (Not a directory)  
  25. stat("/usr/lib/libpython2.6.so.1.0", {st_mode=S_IFREG|0555, st_size=5255963, ...}) = 0  
  26. open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY)      = 3  
  27. fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=148114, ...}) = 0  
  28. mmap(NULL, 148114, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f5f5e260000  
  29. close(3)                                = 0  
  30. access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)  
  31. open("/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY) = 3  
  32. read(3, "\177ELF\2\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0 \24\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832  
  33. fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1694008, ...}) = 0  
  34. mmap(NULL, 3810152, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f5f5dcc4000  
  35. mprotect(0x7f5f5de5d000, 2093056, PROT_NONE) = 0  
  36. mmap(0x7f5f5e05c000, 20480, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x198000) = 0x7f5f5e05c000  
  37. mmap(0x7f5f5e061000, 21352, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5f5e061000  
  38. close(3)                                = 0  
  39. mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5f5e25f000  
  40. mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5f5e25d000  
  41. arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f5f5e25d720) = 0  
  42. mprotect(0x7f5f5e05c000, 16384, PROT_READ) = 0  
  43. mprotect(0x600000, 4096, PROT_READ)     = 0  
  44. mprotect(0x7f5f5e287000, 4096, PROT_READ) = 0  
  45. munmap(0x7f5f5e260000, 148114)          = 0  
  46. fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0  
  47. mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5f5e284000  
  48. write(1, "TK------>>>sizeof i is 4\n", 25TK------>>>sizeof i is 4  
  49. ) = 25  
  50. --- SIGSEGV (Segmentation fault) @ 0 (0) ---  
  51. +++ killed by SIGSEGV +++  
  52. 段错误  

2.ltrace

ltrace ./1

[plain] view plain copy
  1. __libc_start_main(0x400544, 1, 0x7fff5acc0c88, 0x4005b0, 0x400640 <unfinished ...>  
  2. printf("TK------>>>sizeof i is %d\n", 4TK------>>>sizeof i is 4  
  3. )                                                    = 25  
  4. memcpy(NULL, "tankai", 7 <unfinished ...>  
  5. --- SIGSEGV (Segmentation fault) ---  
  6. +++ killed by SIGSEGV +++  

3.gdb

gdb 1

list

b 5

r

n

[plain] view plain copy
    1. (gdb) list  
    2. 1   #include <stdio.h>  
    3. 2   #include <string.h>  
    4. 3     
    5. 4   int main()  
    6. 5   {  
    7. 6     int i;  
    8. 7     printf("TK------>>>sizeof i is %d\n",sizeof i);  
    9. 8     char *p = NULL;  
    10. 9     strcpy(p,"tankai");  
    11. 10    printf("p is %s\n",p);  
    12. (gdb) b 5  
    13. Breakpoint 1 at 0x40054c: file 1.c, line 5.  
    14. (gdb) r  
    15. Starting program: /home/lianxi/extern/ok/1   
    16.   
    17. Breakpoint 1, main () at 1.c:7  
    18. 7     printf("TK------>>>sizeof i is %d\n",sizeof i);  
    19. (gdb) n  
    20. TK------>>>sizeof i is 4  
    21. 8     char *p = NULL;  
    22. (gdb) n  
    23. 9     strcpy(p,"tankai");  
    24. (gdb) n  
    25.   
    26. Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.  
    27. 0x00007ffff7b6dec6 in ?? () from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 

3、启动qemu追踪内核

  (1)启动qemu模拟器:qemu-system-i386 -kernel linux-build/arch/i386/boot/bzImage -hda ubuntu.img -append "root=/dev/sda1" -S

  (2)启动gdbserver:切换到qemu模拟器,alt+ctrl+2, 启动gdbserver,侦听端口1234(gdbserver tcp::1234)

  (3)启动gdb:gdb ./vmlinux ,然后在gdb命令条件下链接上gdbserver, target remote localhost:1234

4、开始追踪内核

   使用gdb的基本常用命令,step, break等(其他具体的命令可以参考gdb手册)。这时你可以查看系统运行的一些内核参数及系统状态信息,结合源码,查看系统的运行状态

  

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