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用kdb调试linux内核驱动

2013年02月02日 ⁄ 综合 ⁄ 共 7587字 ⁄ 字号 评论关闭

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其他方法可以参考《linux设备驱动程序3》,这里主要介绍kdb,我参考了一些网上和书上的,但还有几个关键细节自己琢磨出来的。

1
首先kdb不是Linux内核的标准配置,需要先到这个网站上去下载补丁
ftp://oss.sgi.com/www/projects/kdb/download/v4.4/

以2.6.28为例,下载
kdb-v4.4-2.6.28-common-1.bz2
kdb-v4.4-2.6.28-x86-1.bz2

+ v4.4是KDB的版本号
+ 2.6.28是Linux内核的版本号
+ common是通用patch,必须下载
+ ia64和x86根据自己的体系结构,选择一种下载
+ 最后的-1表示有多个同样的patch,选择数目最大的下载

注意不要下载带rc字样的,我试过,打补丁的时候总是有fail出现。

然后下载一个纯的linux内核源码文件,记住,一定要是纯的linux内核源码,不能是什么redhat等等公司出的版本。否则在pacth时就会出现error了。

2
按照/usr/src/linux/Documentation/kdb/slides中的官方文档
解压源代码到/usr/srv/linux-2.6.28
bunzip2解压两个补丁文件,放到/usr/srv/linux-2.6.28中,
用patch -p 1 -N -u -i 补丁名
打上两个补丁
这一步要看清楚,输出中不能有任何fail或reject,若有,检查是否补丁是否出错(再次提醒不要下带rc字样的),或者不是纯的内核。

3
sudo make menuconfig,设置内核编译选项
确保.config文件选项有如下:
CONFIG_KDB=y
CONFIG_KDB_MODULES=n
CONFIG_KDB_OFF=n
CONFIG_KDB_CONTINUE_CATASTROPHIC=0
CONFIG_KDB_USB=y
CONFIG_KDB_KDUMP=y
CONFIG_KALLSYMS=y
CONFIG_FRAME_POINTER=y
不能急于编译!不然编译过程中会出现(血的教训啊~)
kdba_support.c:53: undefined reference to `halt_current_cpu'
因为
alt_current_cpu函数定义在/usr/src/linux/arch/x86/kernel/crash.c中
而这个函数定义前面有
#if defined(CONFIG_SMP) && defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC)
static atomic_t waiting_for_crash_ipi;

所以再在.config文件中手工加入
CONFIG_SMP=y
CONFIG_X86_LOCAL_APIC=y
即可解决

然后编译内核,完成。

4
要控制KDB,可以通过grub
kdb=on    开启kdb
kdb=off   关闭kdb
kdb=early 刚进入系统时就暂停并进入kdb
kdb=on-nokey 任何键盘按键都不能触发kdb

或者通过proc(注意,要用root权限)
echo '0' > /proc/sys/kernel/kdb            关闭kdb
echo '1' > /proc/sys/kernel/kdb            开启kdb
echo '2' > /proc/sys/kernel/kdb            任何键盘按键都不能触发kdb

例如
echo "1" > /proc/sys/kernel/kdb 回车以后没什么反映,说明启动成功了。
如果运行这个命令以后,提示找不到kdb这个文件,说明kdb根本就没安装成功。
可以cat /proc/sys/kernel/kdb
查看结果。

5
然后到这一步,所有的书上和网上都说到以按下 pause键就进入kdb了,OK,我按下pause键, cap lock确实开始狂闪了,然后再按什么键鼠标都没反应了,恭喜你,死机了,按点源重启吧,momo。

我不知道写那些什么kdb使用的文章的人是不是都是绝顶聪明不会遇到这种情况,反正我是没有在网上找到任何关于这个问题的答案。

翻来覆去的看《linux设备驱动程序3》,终于在kdb一节中发现一段话:

Note that just about everything the kernel does stops when kdb is running. Nothing
else should be running on a system where you invoke kdb; in particular, you should
not have networking turned on—unless, of course, you are debugging a network
driver. It is generally a good idea to boot the system in single-user mode if you will be
using kdb.

翻译:"注意, 在kdb运行时内核停止任何东西. 在你调用 kdb 的系统中不应当运行其他东西; 特别, 你不应当打开网络 -- 除非, 你在调试一个网络驱动. 一般地以单用户模式启动系统是一个好主意。"

所以我们要在单用户模式下用kdb!首先我们先为root设个密码,su root,设好后,sudo init 1进入单用户模式,然后选取下面那个root Drop to root shell prompt,然后输入root的密码,现在进入纯命令行界面,按下pause,呵呵,你看到了什么。

以后系统oops时也会自动进入kdb,所有你最好保证你编写的驱动没有问题了,再在正常模式下测试,一般先在单用户模式下测试好再说。

退出kdb输入go+回到单用户模式命令行,注意千万不要输入startx,那样你还是在单用户模式下,很多模块没加载,保证你一进桌面就死机,正确的做法是ctrl+d,然后选择第1个resume重新回到登录窗口。

5
kdb的基本用法,这个全部是转的,记住常用的即可。
  安装新内核后,使用新内核重新启动机器,现在,内核已经有kdb支持了。那么如何进入调试环境呢?如果在配置内核时,没有选择kdb-off by default,那么在内核启动后,按下“pause”键即可进入kdb调试环境。如果在配置内核时选择了kdb-off by default,那么有两种办法:一种是在启动时加入“kdb=on”,另一种方式是在proc文件系统加载后,输入如下命令:
  #echo 1”>/proc/sys/kernel/kdb。
  然后就可以按“pause”键进入调试环境了。按“pause”键后,出现提示符kdb,同时键盘上Caps和Scroll两指示灯不停闪烁,提示现在处于kdb调试环境中。
  kdb提供丰富的命令实现运行控制、内存操纵、寄存器操纵、断点设置、堆栈跟踪等许多功能,总共有33条命令,下面分别进行介绍。
  运行控制类
  包括go、ss和ssb三个命令,提供对程序执行的控制。具体用法如下:
  go:继续程序执行
  格式:go
  该命令使内核继续执行,直到遇到一个断点才停止。如果没有设置断点,该命令将离开kdb调试器,系统回到正常运行状态。Caps和Scroll指示灯恢复到原来的状态。
  ss:单步执行程序
  格式:ss
  该命令仅仅执行下一条指令,执行完后停止。这在进行跟踪时是必不可少的。
  ssb:执行到分支或者函数调用时停止
  格式:ssb
  该命令与ss的区别是,ss只执行一条语句,而ssb执行一组语句,它使指令继续执行,在遇到一个分支语句,或者遇到一个函数调用语句时停止。
  断点类
  kdb提供强大的断点功能,包括设置断点、清除断点、激活断点、使断点失效,kdb也可以设置硬件断点。断点指令包括bp、bl、bpa、bph、bpha、bc、be和bd。
  bp:设置或者显示断点
  格式:bp [<vaddr>]
  该命令设置一个新的断点,其中vaddr是要设置的断点的地址。如果不带参数,运行bp将显示当前设置的所有断点。
  bl:设置或者显示断点
  格式:bl [<vaddr>]
  该命令的操作与bp命令相同。
  bpa:设置或者显示全局断点
  格式:bpa [<vaddr>]
  该命令设置一个全局断点,或者显示所有全局断点,用法同上。
  bph:设置硬件断点或者显示所有断点
  格式:bph [vaddr [datar|dataw|io [length]]]
  如果不带参数,则显示所有断点。如果带参数,那么设置断点。其中vaddr为要设置硬件断点的地址,datar表示对该内存区进行读操作,dataw表示写操作,io表示对该内存区进行io输入输出操作。length指明读写io操作的数据长度。
  bpha:设置硬件断点或者显示所有断点
  格式和用法同bph。
  bc:清除断点
  格式:bc <bpnum>
  清除标号为bpnum的断点。如果断点号为“*”,将清除所有断点。
  bd:使断点无效
  格式:bd <bpnum>
  使标号为bpnum的断点无效,如果标号为“*”,表示使所有断点无效。
  be:激活断点
  格式:be <bpnum>
  激活标号为bpnum的断点。如果标号为“*”,将激活所有无效的断点。
  内存操作类
  内存操作类命令包括对内存进行显示和修改的md、mdr、mds、mm四条命令。
  md:显示内存内容
  格式1:md [vaddr [line-count [output-radix]] ]
  显示地址为vaddr的内存的内容。line-count为要显示的内存的行数,output-radix指定以8进制、10进制或者16进制显示。如果省略line-count和output-radix,那么将以设置的环境变量MDCOUNT和RADIX方式显示。如果不带任何参数,md命令将接着上次md命令的后续地址显示内存内容
      格式2:mdWcn
  在缺省情况下,md以当前环境变量BYTESPERWORD的值读取数据,在读取硬件寄存器的时候,需要指定数据的宽度。这是可以使用mdWcn来进行读取,W是读取的宽度,单位是字节,cn为要读取的数目。
  mdr:显示原始内存的内容
  格式:mdr <vaddr> <count>
  从指定地址vaddr开始显示count长度的内存,它打印一连串的内存数据。这个命令是留给外部的调试器使用的,一般很少使用。
  mds:以符号的方式显示内存的内容
  格式:mds [vaddr [line-count [output-radix]]]
  从指定地址vaddr开始显示内存的内容,与md的区别是每行仅显示一个字,并且它试图将该地址与符号表进行匹配,如果找到,那么它将显示相应的符号名以及偏移值。如果不带参数,它将从上次mds的末尾开始显示。
  mm:修改内存内容
  格式1:mm <vaddr> <new content>
  将指定地址vaddr开始的数据修改为新的数据。修改的数据的长度为一个机器字。
  格式2:mmW <vaddr> <new content>
  意义同上,区别在于它改变W字节的内容。
  堆栈跟踪类
  该类指令实现对堆栈的跟踪,包括bt、btp和bta三条命令。
  bt:显示调用堆栈
  格式:bt [<stack-frame addr>]
  如果不指定参数,它根据当前寄存器的内容显示堆栈,提供当前活动线程的完整的堆栈跟踪。如果指定stack-frame addr参数,它将从该地址开始跟踪。
  btp:显示进程的堆栈
  格式:btp <pid>
  显示由pid指定的进程的堆栈。
  bta:显示所有进程的堆栈
  格式:bta
  寄存器类
  寄存器类命令包括对寄存器内容进行显示和修改的rd和rm指令,以及异常帧显示指令ef。
  rd:显示寄存器内容
  格式:rd [c|d|u]
  如果不带任何参数,rd显示所有进入kdb调试器时该点所设置的所有通用寄存器的值。如果带c参数,它将显示控制寄存器cr0、cr1、cr2、cr4 寄存器的内容。如果带d参数,它显示调试寄存器的内容。如果带u参数,它显示当进入kdb调试器时当前任务的所有寄存器。
  rm:修改寄存器的内容
  格式:rm <register-name> <register-content>
  该命令修改register-name指定的寄存器的内容为register-content。其中register-name 为%eax、%ebx、%ecx、%edx、%esi、%edi、%esp、%eip或%ebp。如果参数为%%,由rd u指定的寄存器将被修改。当前rm命令不允许修改控制寄存器,也不允许显示和修改Pentium和Pentium Pro系列的特定寄存器。
  ef:显示异常帧
  格式: ef <vaddr>
  显示vaddr地址处的异常帧。
  环境变量类
  这类指令对kdb调试器环境变量进行显示和设置。包括set和env命令。
  set:设置环境变量
  格式:set <env-var=value>
  将环境变量env-var的值设置为value。最多有33个环境变量,每个环境变量最大512字节。kdb的主要环境变量有:
  PROMPT:kdb调试器提示符,缺省为kdb。
  MOREPROMPT:在一屏显示不下的情况下,系统的提示符,缺省为more。
  RADIX:显示数据时所使用的数制,缺省为16进制。
  LINES:kdb调试器显示行数。缺省为24行。
  COLUMNS:kdb调试器显示的列数。缺省为80列。
  MDCOUNT:执行md指令时显示的内存行数,缺省为8行。
  BTARGS:执行bt跟踪时,指定任一函数在打印时所使用参数最大个数。
  SSCOUNT:该环境变量规定在执行ssb命令时,如果显示超过此数,执行将停止。缺省为20。
  IDMODE:反汇编时所使用的指令格式。缺省为x86。
  BYTESPERWORD:指定字的长度,缺省为4个字节。
  IDCOUNT:反汇编时,一次反汇编的指令长度,缺省为16条指令。
  env:显示环境变量
  格式:env
  显示所有环境变量的值。
  
杂项
  id:指令反汇编
  格式:id <vaddr>
  从vaddr开始的地址反汇编指令。
  cpu:切换到另一个CPU
  格式:cpu <cpunum>
  这条命令仅仅在SMP结构下有用,它切换到由cpunum指定的CPU。
  ps:显示所有活动的进程
  格式:ps
  显示当前的活动的进程。包括pid、父进程pid、CPU号、当前状态,以及对应的线程。
  reboot:重新启动机器
  格式:reboot
  在某些情况下,内核无法返回到正常工作状态,这时可以利用reboot重新启动机器。注意在重启机器前,它不进行任何状态保存的工作。
  sections:列出内核中所有已知的段的信息
  格式:sections
  列出模块和内核的所有已知的段的信息。首先是模块信息,最后是内核信息。包括模块名和一个或者多个段的信息。段信息包括段名、段起始地址、段结束地址和段标识。本命令仅仅是为外部调试器而设立的。
  sr:激活SysRq代码,也就是调用MAGIC_SYSRQ函数
  格式:sr <sysrq key>
  将sysrq key字符作为参数传递给SysRq函数进行处理,就像你已经键入了SysRq键和该字符一样。如果要使用这个命令,需要在配置内核时,选择Magic SysRq Key。然后在新内核启动后,使用如下命令激活SysRq功能。
  #echo “1” > /proc/sys/kernel/sysrq
  这是一个功能强大的命令,它使得在kdb中可以使用操作系统提供的SysRq处理函数。
  lsmod:列出内核中加载的所有模块
  格式:lsmod
  显示所有模块的信息。包括模块名、模块大小、模块结构地址、引用计数,以及被哪个模块所引用。
  rmmod:卸载一个模块
  格式:rmmod <modname>
  将由modname指定的模块从内核中卸载。
  ll:对链表中的每个元素重复执行命令
  格式:ll <addr> <link-offset> <cmd>
  它对以地址addr开头的链表的头link-offset个元素,重复执行cmd命令。
  help和?:显示帮助信息。
  格式:help 或者?
  显示kdb的命令以及简单的用法。

常用的一些内核模块操作
查看加载模块用lsmod或者cat /proc/modules(这个还可以查看模块加载地址)
卸载模块用rmmod,有时加上-f强行卸载
加载模块用modprobe或者insmod,区别转载如下:
"
insmod 与 modprobe 都是载入 kernel module,不过一般差别于 modprobe 能够处理 module 载入的相依问题。
比方你要载入 a module,但是 a module 要求系统先载入 b module 时,直接用 insmod 挂入通常都会出现错误讯息,不过 modprobe 倒是能够知道先载入 b module  后才载入 a module,如此相依性就会满足。
不过 modprobe 并不是大神,不会厉害到知道 module 之间的相依性为何,该程式是读取 /lib/modules/2.6.xx/modules.dep 档案得知相依性的。而该档案是透过 depmod 程式所建立。
modprobe:
modprobe可载入指定的个别模块,或是载入一组相依的模块。modprobe会根据depmod所产生的相依关系,决定要载入哪些模块。若在载入过程中发生错误,在modprobe会卸载整组的模块。
  -a或--all  载入全部的模块。
  -c或--show-conf  显示所有模块的设置信息。
  -d或--debug  使用排错模式。
  -l或--list  显示可用的模块。
  -r, --remove //若在命令指定模块,则删除指定模块,否则,指定"自动清除"模式 
  -t或--type  指定模块类型。
  -v或--verbose  执行时显示详细的信息。
  -V或--version  显示版本信息。
  -help  显示帮助。
  -C, --config configfile //指定配置文件.默认使用/etc/modules.conf文件为配置文件
modprobe -r ip_vs  # 删除ip_vs模块
modprobe -l | grep ip_vs  # 查看ip_vs模块是否编译进内核
lsmod -l | grep ip_vs  # 查看ip_vs模块是否载入进内核
"

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