编者荐语:
推荐使用vscode来单步调试奔跑吧内核,在按F5单步之前,请先设置断点,例如在start_kernel函数设置断点,直接在源代码左侧点击左键即可。
以下文章来源于弹指码通 ,作者弹指神通
继上一篇介绍纯Win10下 VSCode搭建Linux Kernel单步调试IDE环境
本篇继续介绍在纯Ubuntu下用VSCode搭建Linux Kernel单步调试IDE环境
0.环境介绍
0.0 主机版本
主机:Ubuntu(其他任意Linux发行版、虚拟机、真机均可)
版本:18.04.4
编译器:aarch64-linux-gnu-gcc (gcc version 5.5.0)
调试器:主机:aarch64-linux-gnu-gdb (gcc version 5.5.0)
0.1 VS Code版本
版本: 1.46.1
提交: cd9ea6488829f560dc949a8b2fb789f3cdc05f5d
日期: 2020-06-17T21:13:08.304Z
Electron: 7.3.1
Chrome: 78.0.3904.130
Node.js: 12.8.1
V8: 7.8.279.23-electron.0
OS: Linux x64 5.3.0-28-generic
1.准备工作
1.1、安装Ubuntu
下载安装Ubuntu,如本例中提到的:ubuntu18.04
1.2、安装VSCode
Ubuntu版的VSCode:下载地址
1.3、安装VSCode插件
在扩展里面添加即可
C/C++ (必选)
C/C++ Intellisense(可选)
C/C++ Snippets(可选)
Remote Development(必选三件套,微软官方出品)
Remote-WSL
Remote-SSH
Remote-Containers
设备树插件
Embedded Linux Dev
Kconfig(设备树插件依赖)
1.4、下载Linux内核代码
推荐下载:
git clone https://e.coding.net/benshush... -b rlk_basic
推荐理由:
1、4.0版本非常经典,适合学习
2、该代码仓库是书籍的配套代码,比较完善
3、该代码仓库已经配置好了各种比较烦杂的环境,如:qemu网络桥接、根文件系统、qemu共享文件夹等
4、最后强调:前期配套开发环境,不需要重复造轮子,纠结于小细节,先站在巨人肩上,整套流程熟悉之后,可以随时替换、修改这套环境
1.5、搭建Linux内核编译环境
Ubuntu18.04相关问题可直接百度查找
Linux环境:ubuntu18.04
Linux安装依赖包:
sudo apt-get install qemu libncurses5-dev libssl-dev build-essential openssl bison bc flex git
当然你可以使用如下命令来安装编译内核需要的所有依赖包。
sudo apt build-dep linux-image-generic
Linux环境安装编译链:
因为linux 内核版本原因,因为所用版本为4.0,所以需要5.x的gcc交叉链
一次性安装ARM32/64所用的交叉链
sudo apt install gcc-5-aarch64-linux-gnu gcc-5-arm-linux-gnueabihf
如果系统中已经有其他版本的gcc交叉链,可使用 update-alternatives进行管理,可以参考:
update-alternatives 命令的主要参数如下
update-alternatives --install
link:指向/etc/alternatives/
name:链接的名称
path:这个命令对应的可执行文件的实际路径
priority:优先级,在 auto 模式下,数字大的优先级比较高。
2.Ubuntu下VSCode搭建IDE
到这里我们已经完成了Ubuntu、VScode及其插件的安装,接下来可以使用VSCode进行编译、调试
2.2、开始编译内核
其实该源码目录已经集成好编译、运行、调试所需要的脚本
该源码已经支持ARM32+debian或ARM64+debian,本例以为ARM64+Debian为例
在VSCode中按下 Ctrl+~即可调出系统终端,在终端中运行:
./run_debian_arm64.sh build_kernel
编译完成:
2.3、编译Rootfs
编译 ARM64 版本的Debian 系统 rootfs
$sudo./run_debian_arm64.sh build_rootfs
注意:这里需要使用 root 权限。
编译完成后会生成一个 rootfs_debian_arm64.ext4 的文件系统。
2.4、运行Rootfs
$./run_debian_arm64.sh run
注意:运行此命令不需要 root 权限。
注意:用户名:root 密码:123
成功运行之后,如下图所示:
成功登录之后,如下图所示:
2.5、测试Debian系统
因为是基于Debian系统,且网络等都是已经搭建好的,直接可以使用APT等命令进行安装在线包,以下为简单测试:
QEMU 虚拟机可以通过VirtIO-NET 技术来生成一个虚拟的网卡,并且通过 NAT网 络桥接技术和主机进行网络共享。首先使用 ifconfig 命令来检查网络配置。可以看到生成了一个名为 eth0 的网卡设备,分配的 IP 地址为:10.0.2.15。通过 apt update 命令来更新 Debian 系统的软件仓库。
2.6、主机和 QEMU 虚拟机之间共享文件
主机和 QEMU 虚拟机可以通过NET9P 技术进行文件共享,这个需要 QEMU 虚 拟机的 Linux 内核使能 NET9P 的内核模块。本平台已经支持主机和 QEMU 虚拟机的共享文件,可以通过如下简单方法来测试。
共享目录为:kmodules
系统目录为:mnt
效果如下图所示:
在 kmodules 目录下面新建一个 test.c 文件。
我们在后续会经常利用这个特性,比如把编译好的内核模块或者内核模 块源代码放入QEMU 虚拟机。
- 一键单步调试内核
直到这一步,已经完成了基于WSL+VScode的环境搭建,这样就可以得到一个集终端、文件管理器、git管理器、运行调试等等等一体化的IDE环境了,这样就可以在纯WIN10下实现单步调试内核的目的了,非常方便。
3.1、配置内核调试命令
内核的编译调试命令已经全部打包进了脚本文件,感兴趣的童鞋可以去深入了解一下,这里以ARM64为例:
./run_debian_arm64.sh run debug
此时,gdbserver已经在1234端口等待连接!
3.2、配置VSCode Debug选项
选择:运行(R)-> 添加配置 -> C++(GDB/LDB)
如下动图所示:
添加如下配置信息:
{
// 使用 IntelliSense 了解相关属性。
// 悬停以查看现有属性的描述。
// 欲了解更多信息,请访问: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
"version": "0.2.0",
"configurations": [
{
"name": "(gdb) 启动",
"type": "cppdbg",
"request": "launch",
"program": "${workspaceFolder}/vmlinux",
"args": [],
"stopAtEntry": true,
"cwd": "${workspaceFolder}",
"environment": [],
"externalConsole": true,// 调试时是否显示控制台窗口,一般设置为true显示控制台
"MIMode": "gdb",
"miDebuggerPath":"/usr/local/bin/aarch64-linux-gnu-gdb",
"miDebuggerServerAddress": "localhost:1234",
"setupCommands": [
{
"description": "为 gdb 启用整齐打印",
"text": "-enable-pretty-printing",
"ignoreFailures": true
}
]
}
]
}
注意: localhost是本地的IP也就是运行qemu的ubuntu的IP,哪个主机运行 ./run_debian_arm64.sh run debug就取该主机的IP,因为此时是同一台主机,所以就填 localhost
gdb路径:"miDebuggerPath":"/usr/local/bin/aarch64-linux-gnu-gdb"
gdb监听端口:"miDebuggerServerAddress": "localhost",1234与上一小节中的Listen端口一致!
3.3、一键调试
[笨叔] 在按F5键之前,请先设置断点,例如在start_kernel函数里设置断点,直接打开init/main.c文件在start_kernel函数左侧点击鼠标左键,即可以设置断点。
经过3.1、3.2的配置已经实现了调试的前置条件,现只需按下F5键就可以实现一键调试了,如下图所示:
3.4、更多GDB调试技巧
在终端界面栏,切换至调试控制台;输入命令,如:-execinfo registers,即可查看调试过中的的寄存器:
4.单步调试应用层+内核
经过前面0~3的铺垫,我们已经具备了以下三个条件:
1、完整的内核(编译环境、调试环)+完整的Rootfs 2、完整的qemu环境,包括:网络共享、桥接等,可以随时将主机的文件共享给qemu(本地的kmodules文件夹《---》虚拟机里面的mnt文件夹) 3、完整的GDB调试环境,可以实现内核单步调试
那么,针对以上条件,如果我们想要调试或者参考一个Linux应用程序如何访问到内核的,是否可以完成呢?答案是可以的!请看下面!
4.1 创建简单的APP程序
在 kmodules文件夹里面新建一个 test.c内容如下:
include
include
include
include
include
include
include
unsigned char readbuf[255];
int count = 0;
int main(void)
{
int fd ;
int retval;
printf("hello world!\n");
fd = open("./README",O_RDONLY);
if ( fd == -1 )
{
perror( "open dht11 error\n" ) ;
exit( -1 ) ;
}
printf( "open ./README\n" ) ;
sleep( 2 ) ;
while( 1 )
{
sleep( 1 ) ;
if(count++ == 0)
{
printf("count=%d\n",count);
}
}
close( fd ) ;
return 0;
}
4.2 编译&调试
输入编译命令:
aarch64-inux-gnu-gcc test.c-o test
即可在kmodules文件夹下面得到一个新的test应用程序。
接着,按第三节做法进入可单步调试内核的环境。
整体演示效果如下图所示,只是简单的演示,实现从应用层到内核层的调用过程,更深的应用可以继续发掘。
5.单步调试modules+内核
5.1、简单测试代码准备
在主机 kmodules文件夹下新建一个简单的内核模块程序 hello_drv.c及对应的Makefile文件
内核模块程序 hello_drv.c内容示例:
/*
- 1 include files
- 2 __init module_init() insmod
- 3 __exit module_exit() rmmod
- 4 GPL BSD Aeplli GPLv2 MIT
5 module_license(GPL)
*/include
include
include
include
include
include
include
struct class *hello_class;
struct device * hello_dev;
int hello_open(struct inode inode, struct file flips)
{
printk("--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);
return 0;
}
static ssize_t hello_write(struct file file, const char __user in,
size_t size, loff_t *off)
{
printk("--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);
unsigned int buf = 88;
copy_from_user(&buf, in ,size );
printk("write buf is : %d\n",buf);
}
static ssize_t hello_read(struct file file, char __user buf,
size_t nbytes, loff_t *ppos)
{
printk("--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);
unsigned int a = 100;
copy_to_user(buf,&a,sizeof(int));
}
static int my_major = 0;
const struct file_operations myfops={
.open = hello_open,
.write= hello_write,
.read = hello_read,
};
static int __init hello_init(void)
{
printk("--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);//app printf
my_major = register_chrdev(0,"hello",&myfops);
if(my_major <0)
{
printk("reg error!\n");
}
else
printk("my_major =%d",my_major);
hello_class = class_create(THIS_MODULE,"hello_class");//creat hello_class
hello_dev = device_create(hello_class, NULL,MKDEV(my_major,0), NULL, \
"hello_dev");//creat hello_dev--->>/dev/hello_dev
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
printk("--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);
device_destroy(hello_class,MKDEV(my_major,0));
class_destroy(hello_class);
unregister_chrdev(my_major,"hello");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
内核模块程序 Makefile内容示例:
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
KERNELDIR=/home/jackeyt/runninglinuxkernel_4.0-rlk_basic #your kernel dirction
NFS_DIR=$(KERNELDIR)/kmodules
CUR_DIR := $(shell pwd)
all :
make -C $(KERNELDIR) M=$(CUR_DIR) modules
install:
cp -ranf *.ko $(NFS_DIR)/
clean :
make -C $(KERNELDIR) M=$(CUR_DIR) clean
.PHONY: modules install clean
else
obj-m := hello_drv.o
endif
编译
注意,这里的编译应该是在主机环境下,即Ubuntu的命令行中:
5.2、开始调试
我们知道当使用 insmod时,会调用对应的 __init接口,而在本例中, hello_init就为入口函数,因此简单测试一下,在内核中找到 register_chrdev对应的接口定义,并打好断点,待 insmod执行之后,观察内核的运行过程。
演示效果动图: