使用VSCode+Qemu+GDB调试Linux内核


使用VSCode+Qemu+GDB调试Linux内核
背景
一直以来,都对linux系统的理解都是在应用层面,看过了《UNIX环境高级编程》,对于系统中的一些模块的实现方法还缺乏深刻的认识,故想研究下Linux内核机制。
单纯阅读源码还是不如一步一步调试内核理解深刻,对于调试内核的方法,网上也有不少,主要是利用Qemu+GDB对内核进行调试, 但网上的资料大多零散,步骤记录不够详细,笔者在实现过程中走了很多弯路, 而且直接利用GDB调试查看代码还不甚方便,所以这里使用VSCode+Qemu+GDB来进行Linux内核调试,记录过程中的主要步骤。
环境
由于个人主机是MacOS 10.14.5,所以在Parrales Desktop虚拟机使用Ubuntu 14.04 amd64搭建内核调试环境。
若主机本身就是Linux系统,则无需安装虚拟机,可直接进行内核调试环境的搭建,性能更佳。
主要步骤概述
虚拟机(Parrales Desktop,vmware等均可)中安装Ubuntu(如果主机本身就是Linux系统,本步骤可略)
下载linux kernel,编译生成bzImage
更新GCC,G++,GDB
安装Qemu
安装VS Code,并进行相关配置
虚拟机Ubuntu安装
虚拟机(Parrales Desktop,vmware等均可)中安装Ubuntu 14.04,这里Ubuntu版本可以自由选择,只要Parrales
tools能够正常安装即可。另外,最好选择x64版本,性能会更好一些。具体安装过程略。
由于原始apt更新速度较慢,安装之前可以将更新源改为国内源,具体参考:
ubuntu更新源详细操作步骤
              #更新源改为清华源
              [initroot@study ~]$ vim /etc/apt/sources.list
              #安装编译相关依赖
              [initroot@study ~]$ sudo apt-get install libncurses5-dev libssl-dev bison flex libelf-dev gcc make openssl libc6-dev
              #下载内核源码。这里选择清华源,国内速度会快很多
              [initroot@study ~]$ sudo wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v4.x/linux-4.5.tar.gz
              #解压
              [initroot@study ~]$ tar -xvf linux-4.5.tar.gz
              #进入源码目录
              [initroot@study ~]$ cd linux-4.5
            
#配置编译选项,这里可以进行内核编译的各种配置,由于默认已经勾选了调试相关的配置,可直接esc退出保存
              [initroot@study ~]$ make menuconfig
            
#开始多线程编译,首次此步会等待较长时间,后续由于已经生成了中间文件,速度会变快
              [initroot@study ~]$ make -j8
            
编译完成后,目录下会生成以下
./vmLinux
./arch/x86/boot/bzImage
其中vmLinux为GDB所需的调试Map文件,bzImage为大内核文件
如果需要安装内核可以进行以下步骤(此步非必须)
#如果需要安装内核,
              [initroot@study ~]$ make modules_install
              [initroot@study ~]$ make install
            
安装后,重启主机,可以在Grub中选择新的内核。 Qemu配置
#安装qemu
              [initroot@study ~]$ sudo apt-get install qemu
            
制作helloworld的rootfs用于测试
              [initroot@study ~]$ touch main.c
            
键入以下代码
              #include < stdio >
              int main()
              {
                  printf("hello world!");
                  printf("hello world!");
                  printf("hello world!");
                  printf("hello world!");
                  fflush(stdout);
                  while(1);
                  return 0;
              }
            
              #编译
              [initroot@study ~]$ gcc --static -o helloworld main.c
              [initroot@study ~]$ echo helloworld | cpio -o --format=newc > rootfs
              #Qemu直接运行测试(非必须)
              [initroot@study ~]$ qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd ./rootfs -append "root=/dev/ram rdinit=/helloworld"    
              #Qemu 开启GDB调试
              [initroot@study ~]$ qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd ./rootfs -append "root=/dev/ram rdinit=/helloworld" -smp 2 -s -S 
            
进行以上会打开Qemu并进入等待调试状态,此时可以直接gdb调试,如下(非必须)
              [initroot@study ~]$ gdb ./vmLinux
              #以下进行调试
              target remote:1234
              b start_kernel
              c
            
可以发现内核被断在start_kernel函数上
VS code配置
官网下载安装vscode:https://code.visualstudio.com
1. vscode打开kernel源码文件夹
2. 安装gdb debug插件
3. Debug->Open Configurations,做以下配置
              {
                 // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
                 // Hover to view descriptions of existing attributes.
                 // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
                 "version": "0.2.0",
                 "configurations": [
                  {
                   "name": "kernel-debug",
                   "type": "cppdbg",
                   "request": "launch",
                   "miDebuggerServerAddress": "127.0.0.1:1234",
                   "program": "${workspaceFolder}/vmlinux",
                   "args": [],
                   "stopAtEntry": false,
                   "cwd": "${workspaceFolder}",
                   "environment": [],
                   "externalConsole": false,
                   "logging": {
                     "engineLogging": false
                   },
                  "MIMode": "gdb",
                  }
                 ]
              }
            
此时将断点设在init/main.c中的start_kernel函数中,然后Qemu 开启GDB调试,vscode start debug即可开始调试内核。

参考网址:www.initroot.com
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