linux内核调试+qemu+gdb+vscode, 环境搭建

一，linux调试环境准备

1.1.运行环境：x86_64, Ubuntu-20.04.1, qemu

1.2.下载源码，安装必要的依赖；源码包linux, busybox都放在/home目录：

$ sudo apt update
$ sudo apt install build-essential
$ sudo apt install gcc-multilib
$ sudo apt install git

$ git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux.git    //下载linux源码；
$ git clone git://git.busybox.net/busybox                         //下载busybox;

$ sudo apt install flex
$ sudo apt install bison
$ sudo apt install libncurses5-dev
$ sudo apt install pkg-config
$ sudo apt install libglade2-dev
$ sudo apt install libssl-dev
$ sudo apt install libelf-dev

1.3.编译内核；

$ cd /home/linux
$ make defconfig                    #配置内核(按默认选项配置)
$ make menuconfig                   #进入图形化的内核配置界面，自定义配置

进入图形化的内核配置界面后，接着按下面操作
1）按【↓】箭头键,找到最下面的  Kernel hacking，按【enter】键进入该配置项
2）按【↓】箭头键，找到 Compile-time checks and compiler options ，按【enter】键进入该配置项

不同的版本可能界面不一样：

在Debug information (Disable debug information)这里按enter;
选择Generate DWARF Version 5 debuginfo 会出现以下界面       //也可以尝试选择其他的；

 

1）按【↑】【↓】箭头键调整选项，找到子配置项，Provide GDB scripts for kernel debugging，也按【空格键】选中
2）连按两下【ESC】键，退出该配置项，再连按两下【ESC】键，退回配置主页。
3）找到并回车进入 Processor type and features 选项，再在接近底部的Build a relocatable kernel 项下，按【空格键】去掉配置项Randomize the address of the kernel image (KASLR)
4）多次连按【ESC】，退出配置，此时提示是否希望保存新的配置，回车选择Yes。回到终端，继续执行本文后面命令。

 编译内核：

$ make                   //vmware,ubuntu上从git下载源码，初次编译内核，耗时28分钟；

1.4.配置 Busybox，生成配置文件;

$ make defconfig        //先切换到busybox目录，配置 Busybox，生成配置文件(按默认选项配置)
$ make menuconfig       //进入图形化的配置界面

 进入图形化的配置界面后，接着按下面操作
 1) 进入Setting  --直接按【enter】进入配置组
 2) 按【↓】箭头键,找到构建选项  build options
 3) 按【↓】箭头键,找到构建选项下的 build static binary (no shared libs)，按【空格键】，选中
 4) 按下【esc】退出配置组
 5) 再按下【esc】，提示保存修改，按【enter】键选择 yes 确认保存
 6) 配置完成，回到终端.

编译busybox

$ make install -j2         //编译busybox 

1.5.用 Busybox 制作根文件系统

$ sudo dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1M count=100    //创建 100M 磁盘镜像 rootfs.img
$ sudo mkfs.ext4 rootfs.img    //在磁盘镜像中创建 ext4 根文件系统
$ sudo mkdir rootfs
$ sudo mount -o loop rootfs.img rootfs    //挂载根文件系统
$ cd rootfs/
$ sudo rm -rf lost+found/
$ sudo mkdir -pv {bin,sbin,etc/init.d,proc,sys,usr/{bin,sbin},tmp,dev}    //{}内，不要有空格
$ sudo cp -drv /home/busybox/_install/* .
$ sudo chmod u+s bin/busybox    //根文件系统上安装 busybox

创建系统配置文件 /etc/inittab

$ sudo vim inittab 

inittab内容如下：

::sysinit:/etc/init.d/rcS
::respawn:-/bin/sh
::restart:/sbin/init
::shutdown:/bin/umount -a -r

创建系统设置脚本 /etc/init.d/rcS

$ sudo vim ./init.d/rcS

rcS内容如下：

#!/bin/sh
echo "INIT SCRIPT"
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t debugfs debugfs /sys/kernel/debug
mount -t tmpfs tmpfs /tmp
mdev -s
mount -n -o remount,rw /
echo -e "\nBoot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds\n"

赋予rcS文件执行权限：

$ sudo chmod +x etc/init.d/rcS

卸载根文件系统

$ sudo umount rootfs

若卸载时提示target is busy，则执行fuser -v rootfs 查看占用rootfs的进程。
查看没什么特别大的问题，则执行fuser -k rootfs可以直接结束使用rootfs文件的进程。
再次卸载根文件系统sudo umount rootfs。

1.6.安装qemu

sudo apt-get install qemu-system-x86

二，运行及调试内核

1.在/home目录下创建文件：（注意这里所有的路径要灵活换成你所搭建环境的路径）

$ sudo vim ./.gdbinit

文件内容：

add-auto-load-safe-path /home/linux

2.qemu 运行虚拟机，其中：-s 参数：为虚拟机启动一个 gdbserver ，等待 gdb 客户端连接。默认 tcp 端口 1234 。-S 参数：挂起虚拟机，直到 gdb 客户端连接并 给出继续执行的指令。

sudo qemu-system-x86_64 -kernel /home/linux/arch/x86_64/boot/bzImage -hda /home/rootfs.img -append  "console=ttyS0 root=/dev/sda" -nographic -s -S

3.另开一个shell，通过tcp端口1234执行gdb调试:

$ cd /home/linux
$ gdb vmlinux            //自动进入gdb页面
(gdb) target remote :1234
(gdb) break start_kernel
(gdb) c

正常退出：1)先结束 qemu：Ctrl+A 松开后按 X 退出qemu； 显示如下

/ # QEMU: Terminated

2)再退出 gdb ，在 gdb 所在终端，输入quit回车即可。

至此可以用 gdb进行调试了；以下部分为用图形化界面调试，习惯gdb命令行可不必理会。

三，尝试用Vscode调试：

1.install vscode

$ sudo dpkg -i code_1.67.1-1651841865_amd64.deb

 2.为vscode安装插件，c/c++, gdb

修改配置文件：vscode任务栏，Run-->Add Configuration...

{
    // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
    // Hover to view descriptions of existing attributes.
    // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "kernel-debug",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "miDebuggerServerAddress": "127.0.0.1:1234",
            "program": "${workspaceFolder}/vmlinux",
            "args": [],
            "stopAtEntry": false,
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "logging": {
                "engineLogging": false
            },
            "MIMode": "gdb",
        }
    ]
}

3.以上，此时将断点设在init/main.c中的start_kernel函数中，然后Qemu 开启GDB调试，vscode start debug即可开始调试内核

参考：运行及调试Linux内核的方法_SuperSuperZ的博客-CSDN博客