lab3基于VSCode调试Linux内核

  1. 环境搭建

云服务器:腾讯云

操作系统:Ubuntu 20.04

vscode:主机本地安装,ssh远程连接linux服务器

2.安装开发工具

sudo apt install build-essential
sudo apt install qemu # install QEMU  
sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
  1. 下载内核源代码

sudo apt install axel
axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz
xz -d linux-5.4.34.tar.xz
tar -xvf linux-5.4.34.tar
cd linux-5.4.34
  1. 配置内核选项

make defconfig # Default configuration is based on 'x86_64_defconfig'
make menuconfig
# 打开debug相关选项
Kernel hacking  --->
    Compile-time checks and compiler options  --->
        [*] Compile the kernel with debug info
        [*]   Provide GDB scripts for kernel debugging
 [*] Kernel debugging
# 关闭KASLR,否则会导致打断点失败
Processor type and features ---->
    [] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

4.编译和运行

make -j$(nproc) # nproc gives the number of CPU cores/threads available
# 测试一下内核能不能正常加载运行,因为没有文件系统最终会kernel panic
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

运行结果如下:

lab3基于VSCode调试Linux内核_第1张图片
  1. 制作根文件系统

下载并解压busybox。注意,如果busybox版本太低的话,在高版本Linux系统中静态编译会报错,所以本次实验选择busybox-1.36.0版本。

axel -n 20 https://busybox.net/downloads/busybox-1.36.0.tar.bz2
tar -jxvf busybox-1.36.0.tar.bz2       
cd busybox-1.36.0

进行配置,编译成静态链接库,不用动态链接库

make menuconfig
Settings  --->
    [*] Build static binary (no shared libs)

然后编译安装,默认会安装到源码目录下的 _install 目录中。

make -j$(nproc) && make install

制作内存根文件系统镜像。

mkdir rootfs
cd rootfs
cp ../busybox-1.36.0/_install/* ./ -rf
mkdir dev proc sys home
sudo cp -a /dev/{null,console,tty,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/

准备init脚本文件放在根文件系统跟目录下(rootfs/init),添加如下内容到init文件

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome MengningOS!"
echo "--------------------"
cd home
/bin/sh
lab3基于VSCode调试Linux内核_第2张图片

给init脚本添加可执行权限

chmod +x init

打包成内存根文件系统镜像

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz 

测试挂载根文件系统,看内核启动完成后是否执行init脚本

qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz
lab3基于VSCode调试Linux内核_第3张图片

  1. 跟踪调试Linux内核

执行下列命令,其中-S意思是Stopped,-s为gdb提供一个调试端口tcp:1234。

qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz -S -s
lab3基于VSCode调试Linux内核_第4张图片

再打开一个窗口,启动gdb,把内核符号表加载进来,建立连接:

cd linux-5.4.34/
gdb vmlinux
(gdb) target remote:1234  //这是通过之前预留的tcp:1234建立连接
(gdb) b start_kernel       //这是设置了第一个断点
c、bt、list、next、step....  //具体查看gdb的命令

6.配置VSCode调试Linux内核

  • 命令行下打断点跟踪代码还是不够方便,用VSCode边看代码随时打断点单步执行会更方便一些,这需要配置.vscode/tasks.json和.vscode/launch.json。

  • 配置文件参见https://github.com/mengning/linuxkernel/tree/master/src/kerneldebuging

7.跟踪Linux内核的启动过程

start_kernel
0号进程init_task
kernel_thread - fork
run_init_process - execve
1号进程kernel_init
2号进程kthreadd

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