使用 Clion + QEMU/GDB 远程调试Linux内核
前言
之前写了一篇关于使用 Clion 来阅读linux源码的文章《使用Clion 阅读/修改/注释 Linux 内核源码》，通过使用make -j12转化为使用make -j12 vmlinux bzImage之后，大大的提高了编译的速度，以及很大的降低了对CLion占用内存的开销，不会再出现卡顿，今天来配置Clion的Remote Debug功能以可以对Linux kernel进行单步调试。
下面过程跳过了准备linux内核、qemu等等工具的准备，仅仅介绍最核心的重要的配置。
试验环境：
- Linux-kernel：5.14.2 -
- QEMU：6.1.0
- HOST：Ubuntu 20.04.3 LTS
- Clion：2020.3.4
- GDB：GNU gdb (Ubuntu 9.2-0ubuntu1~20.04) 9.2
一、修改.config文件的配置
- 关闭编译选项
CONFIG_RANDOMIZE_BASE，这是取消内核内存地址随机化(KASLR)，此配置的信息如下(可通过“/"，搜索此信息)：
│ Symbol: RANDOMIZE_BASE [=n]
│ Type : bool
│ Defined at arch/x86/Kconfig:2095
│ Prompt: Randomize the address of the kernel image (KASLR)
│ Depends on: RELOCATABLE [=y]
│ Location:
│ -> Processor type and features
│ (1) -> Build a relocatable kernel (RELOCATABLE [=y])
因为KASLR的位置可能随着内核版本的不同有所变化，因此最好手动搜索其具体的位置
- 打开编译选项
CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH，如果关闭此选项，那么内核中仅仅被调用一次的函数会被编译优化为内联函数，不利于调试，此配置信息为：
│ Symbol: DEBUG_SECTION_MISMATCH [=y]
│ Type : bool
│ Defined at lib/Kconfig.debug:384
│ Prompt: Enable full Section mismatch analysis
│ Location:
│ -> Kernel hacking
│ (1) -> Compile-time checks and compiler options
- 打开编译选项
DEBUG_INFOGDB_SCRIPTS
可以直接使用./scripts/config -e DEBUG_INFO -e GDB_SCRIPTS -e CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH -d CONFIG_RANDOMIZE_BASE来完成上述工作
二、修改Makefile中的编译优化等级
编辑Makefile，将其中的-O2 替还为 -O1，我修改过后的样子为：
export KBUILD_USERCFLAGS := -Wall -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes \
-g -O1 -fomit-frame-pointer -std=gnu89
KBUILD_HOSTCXXFLAGS := -Wall -g -O1 $(HOST_LFS_CFLAGS) $(HOSTCXXFLAGS)
ifdef CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_PERFORMANCE
KBUILD_CFLAGS += -O1
else ifdef CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_PERFORMANCE_O3
KBUILD_CFLAGS += -O3
else ifdef CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE
KBUILD_CFLAGS += -Os
endif
完成上述，两处的配置，就可以根据《使用Clion 阅读/修改/注释 Linux 内核源码》来编译内核了
三、生成用于启动kernel的磁盘文件
mkinitramfs -o ramdisk.img
四、配置用于gdb调试的脚本文件
echo "add-auto-load-safe-path path/to/linux/scripts/gdb/vmlinux-gdb.py" >> ~/.gdbinit
五、启动qemu
进入到内核目录，执行：
qemu-system-x86_64 \
-kernel arch/x86_64/boot/bzImage \
-nographic \
-append "console=ttyS0 nokaslr" \
-initrd ramdisk.img \
-m 1024 \
-s -S
在这里很重要的一点，那就是在debug的时候不要加上--enable-kvm -cpu host等参数
到这里，将会进入暂停状态，再执行：
$ gdb vmlinux
(gdb) target remote :1234
(gdb) b start_kernel
(gdb) c
就可以使用gdb进行调试，如果出现断点不停、启动qemu-system-x86_64后直接启动了内核都是不正常的！
六、配置Clion
此时在执行完qemu-system-x86_64后，就可以点击debug按钮，进行调试
问题
目前调试并非完美，特别是对于inline函数的调试会出现无法进入函数、在非断点处停下等问题，这个问题和Clion无关，因为在GDB命令行模式下调试也会出现同样的问题！
不过瑕不掩瑜，只要好好的打断点，还是可以很好的调试的！
参考文献
- Booting a Custom Linux Kernel in QEMU and Debugging It With GDB
- Debugging kernel and modules via gdb
- CLion调试Linux Kernel
- 如何在编译linux内核时不优化内核以便于调试内核?
- 用qemu + gdb调试linux内核