6.828 Xv6实验工具指导

6.828实验工具指南

       熟悉您的环境对于高效开发和调试至关重要。 本页简要介绍了JOS环境以及有用的GDB和QEMU命令。 阅读GDB和QEMU手册，这些是让你知道如何使用的强大工具。
调试提示：内核用户环境

参考：JOS makefile JOS obj / GDB QEMU

调试提示

内核

      GDB是你的朋友。使用qemu-gdb（或其qemu-gdb-nox变体）使QEMU等待GDB连接。有关在调试内核时有用的命令，请参阅下面的GDB参考资料。
      如果遇到意外的中断，异常或三重故障，可以要求QEMU使用-d参数生成中断的详细日志。
      要调试虚拟内存问题，请尝试使用QEMU监视器命令info mem（用于高级概述）或info pg（用于大量的细节）。请注意，这些命令仅显示当前页面表。
    （Lab 4+）要调试多个CPU，请使用GDB的线程相关命令，如线程和信息线程。

用户环境（实验3+）

      GDB还允许您调试用户环境，但有几件事情需要注意，因为GDB不知道多用户环境之间或用户与内核之间存在区别。
你可以使用make run-name在特定的用户环境下启动JOS（或者你可以直接编辑kern / init.c）。要使QEMU等待GDB连接，请使用run-name-gdb变体。
      您可以像使用内核代码一样，象征性地调试用户代码，但必须告诉GDB使用symbol-file命令使用哪个符号表，因为它一次只能使用一个符号表。提供的.gdbinit加载内核符号表obj / kern / kernel。用户环境的符号表位于其ELF二进制文件中，因此您可以使用symbol-file obj / user / name加载它。不要加载任何.o文件中的符号，因为那些链接器没有重定位（库被静态链接到JOS用户二进制文件中，所以这些符号已经包含在每个用户二进制文件中）。确保你得到正确的用户二进制文件;库函数将在不同的二进制文件中的不同EIP中链接，并且GDB不会了解更多！

      （Lab 4+）由于GDB作为一个整体连接到虚拟机，它将时钟中断视为另一个控制转移。这使得单步执行用户代码基本上是不可能的，因为在虚拟机再次运行时，时钟中断几乎是必然发生的。 stepi命令可以工作，因为它禁止中断，但它只能执行一条汇编指令。断点通常是有效的，但要注意，因为你可以在不同的环境中实现相同的EIP（实际上，完全不同的二进制！）。

 

参考

JOS makefile

     JOS GNUmakefile包含许多用于以各种方式运行JOS的假目标。所有这些目标都将QEMU配置为侦听GDB连接（* -gdb目标也等待此连接）。要启动QEMU运行，只需从您的实验目录运行gdb。我们提供了一个.gdbinit文件，可以在QEMU中自动指向GDB，加载内核符号文件，并在16位和32位模式之间切换。退出GDB将关闭QEMU。
make qemu
    build everything，并在新窗口中启动带VGA控制台的QEMU，并在终端中启动串口控制台。要退出，请关闭VGA窗口或在终端中按Ctrl-c或Ctrl-a x。

make qemu-nox
      就像make qemu一样，只用串口控制台运行。要退出，请按Ctrl-a x。这对于通过SSH连接到Athena拨号特别有用，因为VGA窗口占用大量带宽。
make qemu-gdb
    就像make qemu一样，但不是随时被动地接受GDB连接，而是在第一条机器指令处暂停并等待GDB连接。make qemu-nox-gdb
qemu-nox和qemu-gdb目标的组合。

make run-name
（Lab 3+）运行用户程序名称。例如，make run-hello运行user / hello.c。
make run-name-nox，run-name-gdb，run-name-gdb-nox，
（Lab 3+）与qemu目标的变体相对应的运行名称的变体。

makefile也接受一些实用的变量：
make V = 1 ...
详细模式。打印出正在执行的每个命令，包括参数。
make V = 1 grade
在任何失败的等级测试结束后停止，并将QEMU输出留在jos.out中进行检查。
make QEMUEXTRA ='args'...
指定传递给QEMU的其他参数。

JOS obj /

在构建JOS时，makefile还会生成一些额外的输出文件，这些文件在调试时可能很有用：
obj / boot / boot.asm，obj / kern / kernel.asm，obj / user / hello.asm等
引导加载程序，内核和用户程序的汇编代码清单。
obj / kern / kernel.sym，obj / user / hello.sym等
内核和用户程序的符号表。
obj / boot / boot.out，obj / kern / kernel，obj / user / hello等
内核和用户程序的链接ELF映像。这些包含GDB可以使用的符号信息。

GDB

有关GDB命令的完整指南，请参阅GDB手册。这里有一些6.828特别有用的命令，其中一些通常都在OS开发之内。
Ctrl-C
暂停机器并按当前指令打入GDB。如果QEMU具有多个虚拟CPU，则会暂停所有这些虚拟CPU。
c（or continue）
继续执行，直到下一个断点或Ctrl-c。
si（or stepi）
执行一条机器指令。
b function or b file:line（or breakpoint）
在给定的函数或行处设置断点。
b * addr（or breakpoint）
在EIP地址处设置一个断点。
set print pretty
启用数组和结构来打印。
info registers
打印通用寄存器，eip，eflags和段选择器。有关机器寄存器状态的更彻底转储，请参阅QEMU自己的信息寄存器命令。
x / Nx addr
显示从虚拟地址addr开始的N个字的十六进制转储。如果省略N，则默认为1. addr可以是任何表达式。
x / Ni addr
显示从addr开始的N个汇编指令。使用$ eip作为addr将在当前指令指针处显示指令。
symbol-file file
（Lab 3+）切换到符号文件文件。当GDB连接到QEMU时，虚拟机中没有进程边界的概念，所以我们必须告诉它哪些符号要使用。默认情况下，我们配置GDB使用内核符号文件obj / kern / kernel。如果机器正在运行用户代码（如hello.c），则可以使用symbol-file obj / user / hello切换到hello符号文件。
QEMU将每个虚拟CPU表示为GDB中的一个线程，因此您可以使用所有GDB的线程相关命令来查看或操作QEMU的虚拟CPU。
thread n
GDB一次只关注一个线程（即CPU）。该命令将该焦点切换到线程n，从零开始编号。
info threads
列出所有线程（即CPU），包括它们的状态（活动或暂停）以及它们所处的功能。

 

QEMU

    QEMU包含一个内置的显示器，可以检查和修改机器状态。要进入监视器，请在运行QEMU的终端中按Ctrl-a c。再次按Ctrl-a c切换回串行控制台。
    有关监视器命令的完整参考，请参阅QEMU手册。这里有一些特别有用的命令：
xp / Nx paddr
显示从物理地址paddr开始的N个字的十六进制转储。如果省略N，则默认为1.这是GDB x命令的物理内存模拟。
info registers
显示机器内部寄存器状态的完整转储。特别是，这包括机器对段选择器和本地，全局和中断描述符表的隐藏段状态以及任务寄存器。这个隐藏状态是虚拟CPU在加载段选择器时从GDT / LDT读取的信息。以下是在实验1中运行JOS内核时的CS以及每个字段的含义：

CS =0008 10000000 ffffffff 10cf9a00 DPL=0 CS32 [-R-]

CS = 0008
代码选择器的可见部分。我们正在使用段0x8。这也告诉我们我们指的是全局描述符表（0x8＆4 = 0），而我们的CPL（当前特权级别）是0x8＆3 = 0。
100000000
段的基地址。线性地址=逻辑地址+ 0x10000000。
FFFFFFFF
段的最大值。大于0xffffffff的线性地址将导致段违例异常。
10cf9a00
段的原始标志，QEMU在接下来的几个字段中帮助我们解码。
DPL = 0
段的特权级别。只有运行权限级别为0的代码才能加载此段。
CS32
这是一个32位的代码段。其他值包括数据段的DS（不要与DS寄存器混淆）和局部描述符表的LDT。
[-R-]
此分段是只读的。
info mem
（Lab 2+）显示映射的虚拟内存和权限。例如，

 

ef7c0000-ef800000 00040000 urw
efbf8000-efc00000 00008000 -rw

告诉我们从0xef7c0000到0xef800000的0x00040000字节内存映射为读/写和用户可访问，而从0xefbf8000到0xefc00000的内存映射为读/写，但只能内核访问。
info pg
（Lab 2+）显示当前的页面表结构。输出与info mem相似，但区分页面目录条目和页面表条目，并分别为每个条目赋予权限。重复的PTE和整个页面表被折叠成一行。例如，

 

 

VPN range     Entry         Flags        Physical page
[00000-003ff]  PDE[000]     -------UWP
  [00200-00233]  PTE[200-233] -------U-P 00380 0037e 0037d 0037c 0037b 0037a ..
[00800-00bff]  PDE[002]     ----A--UWP
  [00800-00801]  PTE[000-001] ----A--U-P 0034b 00349
  [00802-00802]  PTE[002]     -------U-P 00348

 

这显示了两个页面目录条目，分别跨越虚拟地址0x00000000到0x003fffff和0x00800000到0x00bfffff。两个PDE都存在，可写和用户，第二个PDE也被访问。这些页表中的第二个映射三个页面，跨越虚拟地址0x00800000到0x00802fff，其中前两个存在，用户和访问，第三个仅存在和用户。这些PTE的第一个映射物理页面0x34b。

QEMU也会使用一些实用命令行参数，这些参数可以使用QEMUEXTRA变量传递给JOS makefile。
make QEMUEXTRA =' - d int'...
将所有中断以及完整寄存器转储记录到qemu.log。您可以忽略前两个日志条目“SMM：enter”和“SMM：RMS之后”，因为它们是在进入引导加载程序之前生成的。在此之后，日志条目看起来像

   4: v=30 e=0000 i=1 cpl=3 IP=001b:00800e2e pc=00800e2e SP=0023:eebfdf28 EAX=00000005
EAX=00000005 EBX=00001002 ECX=00200000 EDX=00000000
ESI=00000805 EDI=00200000 EBP=eebfdf60 ESP=eebfdf28
...

第一行描述中断。 4：只是一个日志记录计数器。 v给出十六进制的向量号。 e给出错误代码。 i = 1表示这是由int指令产生的（与硬件中断相对）。其余的部分应该是不言自明的。有关后面的寄存器转储的说明，请参阅info registers。
注意：如果您运行的是QEMU的0.15以前版本，则日志将写入/ tmp而不是当前目录。