Linux核心調試工具

原文地址：http://blog.csdn.net/ariesjzj/article/details/8244333

一些Linux Kernel的分析調試工作，主要包換qemu，kprobes和trace等，以作備忘。

 

Qemu源碼級調試Kernel

1. Qemu編譯與安裝

先安裝libsdl的開發庫

$ ./configure

$ make

# make install

Qemu-1.2.1試過能work，早先的版本編譯啟動時可能有問題。怕麻煩的可以直接apt-get install qemu。。。但這樣裝起來的qemu有可能斷點不work。

 

2. Linux kernel編譯

如果要在64位機上編譯32位核心，要加上ARCH=xxx選項。如

# make ARCH=i386 defconfig

# make ARCH=i386 menuconfig

然後選上：

   kernel hacking –> compile the kernel with debug info

   kernel hacking –> compile the kernel with frame pointers

另外選上      

    File system -> The extended 4 (ext4) filesystem

否則對有些img可能會在啟動時掛載root失敗.

# make ARCH=i386 bzImage

結束後產生Arch/x86/boot/bzImage和vmlinux，再在qemu的官網上下linux-0.2.img.bz2並解壓得到linux-0.2.img。運行

$ qemu -kernel bzImage -hda linux-0.2.img -append root=/dev/sda rw -s -S

由於加了-S起來後停住在1234連接埠上等待debugger串連，於是起gdb client：

$ gdb vmlinux

(gdb) target remote localhost:1234

然後就可以像調app一樣調kernel了。

 

注意Root檔案系統鏡像除了用qemu提供的test image外，還可以自己用busybox做。嫌麻煩的可以用Buildroot，它會自動下載和編譯Linux核心和rootfs等等。

用Qemu調有個好處是還可以用Qemu的Monitor查看系統資訊（http://doc.opensuse.org/products/draft/SLES/SLES-kvm_sd_draft/cha.qemu.monitor.html）  。如查看control register，tlb或者memory mapping，在調試時都是非常有用的。

Kprobes, jprobes，dprobes

Xprobes族工具以module的方式在指定地址或函數位置加hook，然後使用者可以調用自訂的handler。kprobes用來截地址（當然更多時候是根據symbol定位地址），jprobes用來截函數，用它查看函數參數比較方便，因為它的handler原型和要截的函數是一樣的。Dprobes可以動態執行。

 

大多數時候我們會通過symbol來加hook，kernel的symbol可以通過以下三種方式找到

1. kernel編譯產生的System.map檔案

2. $ nm vmlinuz

3. /proc/kallsyms

 

查看當前的kprobes：

# cat/sys/kernel/debug/kprobes/list

 

關閉

# echo "0"> /sys/kernel/debug/kprobes/enabled

開啟

# echo "1"> /sys/kernel/debug/kprobes/enabled

 

Linux kernel提供了相關文檔Documentation/kprobes.txt，並且提供了幾個例子，在samples/kprobes下。用以下Makefile單獨編譯例子：

obj-m +=jprobe_example.o kprobe_example.o

KDIR=/lib/modules/$(shell uname -r)/build

all:

$(MAKE)-C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules

clean:

rm-rf *.o *.ko *.mod.* .c* .t*

 

編譯完後：

# insmod./kprobes_example.ko

然後用 dmesg命令就可以看到handler的輸出，如：

[ 1251.789211]Planted kprobe at c1058e30

[ 1256.716389]pre_handler: p->addr = 0xc1058e30, ip = c1058e31, flags = 0x246

[ 1256.716394]post_handler: p->addr = 0xc1058e30, flags = 0x246

[ 1262.680009]pre_handler: p->addr = 0xc1058e30, ip = c1058e31, flags = 0x246

[ 1262.680024]post_handler: p->addr = 0xc1058e30, flags = 0x246

...

[ 1468.928704]Planted jprobe at c1058e30, handler addr e08ff000

[ 1471.688212]jprobe: clone_flags = 0x1200011, stack_size = 0x0, regs = 0xcef87fb4

[ 1474.153652]jprobe: clone_flags = 0x1200011, stack_size = 0x0, regs = 0xcef87fb4

 

產生kernel Core dump

Kernel core dump需要核心支援，Linux kernel中的Documentation/kdump.txt對此講得比較詳細。

Ubuntu上可以裝linux-crashdump, 其中包含crash，kexec-tools和makedumpfile等工具。裝完後重啟機子，啟動時按shift進grub，按e看到啟動選項多了crashkernel=XXX啥的。進入系統後

# service kdump start

開啟kdump進程。系統崩潰時就會在/var/crash/下產生dump檔案。簡便使系統crash的方法是用magic sysrq：

SysrqAlt+SysRq+s // sync

SysrqAlt+SysRq+c // force crash

 

分析core dump和即時查看系統

crash可用於查看core dump或者即時查看運行狀態。假設核心core dump在/var/crash/linux-image-2.6.32-38-generic.0.crash。先從crash檔案中解壓出vmcore檔案：

# apport-unpack /var/crash/linux-image-2.6.32-38-generic.0.crash  ./

再用crash查看：

# crash vmlinux  ./VmCore

這裡的vmlinux是kernel source編譯出來的binary。

 

crash還可以用來即時查看當前啟動並執行系統，直接運行：

# crash vmlinux

其實相當於

# crash vmlinux /proc/kcore，/proc/kcore是系統虛擬出來的core檔案。

 

gdb, ddd也可用於相同功能，比如要即時查看系統：

# ddd vmlinux /proc/kcore

就可以對系統進行有限的gdb調試。

 

Kernel Trace

Kernel的trace功能依賴於debugfs，如果還沒掛載的話要先掛上。trace的主要檔案在/sys/kernel/debug/tracing下。其用法在kernel中的documentation/trace下寫得比較詳細，同時kernel還提供了相關例子sample/trace_events.c。

 

在/sys/kernel/debug/tracing下幾個重要的檔案：

trace： tracer的輸出

available_tracers： 可用tracer

current_tracer：當前enabled的tracer

tracing_enabled：開關

 

例：

# echo function > current_tracer

# echo 1> tracing_enabled

# cat trace > trace.txt

# echo 0> tracing_enabled

# cat ./trace.txt

得到如：

...

Xorg-896   [000]  212.518803: do_softirq <-irq_exit

Xorg-896   [000]  212.518806: __do_softirq <-do_softirq

Xorg-896   [000]  212.518813: run_timer_softirq <-__do_softirq

Xorg-896   [000]  212.518816: hrtimer_run_pending <-run_timer_softirq

Xorg-896   [000]  212.518818: _raw_spin_lock_irq <-run_timer_softirq

Xorg-896   [000]  212.518821: rcu_bh_qs <-__do_softirq

Xorg-896   [000]  212.518824: __local_bh_enable <-__do_softirq

Xorg-896   [000]  212.518826: rcu_irq_exit <-irq_exit

Xorg-896   [000]  212.518828: rcu_enter_nohz <-rcu_irq_exit

 Xorg-896   [000]  212.518831: idle_cpu <-irq_exit

...

 

注：上面的工具依賴於一些kernel的feature，如debugfs和sysrq等，要使用則要在核心編譯時間加上它們。

debugfs使核心的資訊以基於記憶體的檔案系統呈現，從而使使用者很方便地與之互動。詳見kernel的Documentation/debugfs.txt。掛載通過

# mount-t debugfs nodev /sys/kernel/debug

 

Sysrq提供了一些用於開發調試kernel的熱鍵，詳見kernel的Documentation/sysrq.txt， 該feature的開啟通過

# echo 1 >/proc/sys/kernel/sysrq

或將/etc/sysctl.conf設定kernel.sysrq = 1。

 

上面介紹的只是kernel調試工具中的滄海一粟，還有好多神器無法列舉，如kgdb, kdb遠端偵錯kernel，kmemcheck，faultinjection等等。