【Linux内核分析与驱动编程】内核调试实验-原理篇

实验原理篇

1.1 实验原理
kgdb提供了一种使用 gdb调试 Linux 内核的机制。使用KGDB可以象调试普通的应用程序那样,在内核中进行设置断点、检查变量值、单步跟踪程序运行等操作。使用KGDB调试时需要两台机器,一台作为开发机(Development Machine),另一台作为目标机(Target Machine),两台机器之间通过串口或者以太网口相连。串口连接线是一根RS-232接口的电缆,在其内部两端的第2脚(TXD)与第3脚(RXD)交叉相连,第7脚(接地脚)直接相连。调试过程中,被调试的内核运行在目标机上,gdb调试器运行在开发机上。
安装kgdb调试环境需要为Linux内核应用kgdb补丁(目前内核都集成了这个,所以不用担心),补丁实现的gdb远程调试所需要的功能包括命令处理、陷阱处理及串口通讯3个主要的部分。kgdb补丁的主要作用是在Linux内核中添加了一个调试Stub。调试Stub是Linux内核中的一小段代码,提供了运行gdb的开发机和所调试内核之间的一个媒介。gdb和调试stub之间通过gdb串行协议进行通讯。gdb串行协议是一种基于消息的ASCII码协议,包含了各种调试命令。当设置断点时,kgdb负责在设置断点的指令前增加一条trap指令,当执行到断点时控制权就转移到调试stub中去。此时,调试stub的任务就是使用远程串行通信协议将当前环境传送给gdb,然后从gdb处接受命令。gdb命令告诉stub下一步该做什么,当stub收到继续执行的命令时,将恢复程序的运行环境,把对CPU的控制权重新交还给内核。
在这里插入图片描述
实验使用的Linux中已经拥有了KGDB,只要在编译的时候选择即可,本次实验的开发机是运行在Ubuntu,在Ubuntu中安装qemu用于运行目标机,其中也是用到了busybox工具。
1.2 背景知识:Gdb调试命令详解
1.2.1 运行
run:简记为 r ,其作用是运行程序,当遇到断点后,程序会在断点处停止运行,等待用户输入下一步的命令。
continue (简写c ):继续执行,到下一个断点处(或运行结束)
next:(简写 n),单步跟踪程序,当遇到函数调用时,也不进入此函数体;此命令同 step 的主要区别是,step 遇到用户自定义的函数,将步进到函数中去运行,而 next 则直接调用函数,不会进入到函数体内。
step (简写s):单步调试如果有函数调用,则进入函数;与命令n不同,n是不进入调用的函数的
until:当你厌倦了在一个循环体内单步跟踪时,这个命令可以运行程序直到退出循环体。
until+行号: 运行至某行,不仅仅用来跳出循环
finish: 运行程序,直到当前函数完成返回,并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息。
call 函数(参数):调用程序中可见的函数,并传递“参数”,如:call gdb_test(55)
quit:简记为 q ,退出gdb
1.2.2 设置断点
break n (简写b n):在第n行处设置断点
(可以带上代码路径和代码名称: b OAGUPDATE.cpp:578)

b fn1 if a>b:条件断点设置
break func(break缩写为b):在函数func()的入口处设置断点,如:break cb_button
delete 断点号n:删除第n个断点
disable 断点号n:暂停第n个断点
enable 断点号n:开启第n个断点
clear 行号n:清除第n行的断点
info b (info breakpoints) :显示当前程序的断点设置情况
delete breakpoints:清除所有断点:
1.2.3 查看源代码
list :简记为 l ,其作用就是列出程序的源代码,默认每次显示10行。
list 行号:将显示当前文件以“行号”为中心的前后10行代码,如:list 12
list 函数名:将显示“函数名”所在函数的源代码,如:list main
list :不带参数,将接着上一次 list 命令的,输出下边的内容。

1.2.4 打印表达式
print 表达式:简记为 p ,其中“表达式”可以是任何当前正在被测试程序的有效表达式,比如当前正在调试C语言的程序,那么“表达式”可以是任何C语言的有效表达式,包括数字,变量甚至是函数调用。
print a:将显示整数 a 的值
print ++a:将把 a 中的值加1,并显示出来
print name:将显示字符串 name 的值
print gdb_test(22):将以整数22作为参数调用 gdb_test() 函数
print gdb_test(a):将以变量 a 作为参数调用 gdb_test() 函数
display 表达式:在单步运行时将非常有用,使用display命令设置一个表达式后,它将在每次单步进行指令后,紧接着输出被设置的表达式及值。如: display a
watch 表达式:设置一个监视点,一旦被监视的“表达式”的值改变,gdb将强行终止正在被调试的程序。如: watch a
whatis :查询变量或函数
info function: 查询函数
扩展info locals: 显示当前堆栈页的所有变量
1.2.5 查询运行信息
where/bt :当前运行的堆栈列表;
bt backtrace 显示当前调用堆栈
up/down 改变堆栈显示的深度
set args 参数:指定运行时的参数
show args:查看设置好的参数
info program: 来查看程序的是否在运行,进程号,被暂停的原因。

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