GeekOS内核的源码级调试

在进一步研究GeekOS内核之前，有必要掌握调试这个技能，有了调试器，可以更直观地查看内部变量的值，也可以单步跟踪程序运行的轨迹。
这里研究的调试，当然是指源码级的调试。
首先从apt里安装的bochs模拟器可能是没有gdb stub的，也就是不能支持和gdb进行远程连接调试，为了支持这个功能，需要从bochs网站上下载最新版本的源代码，并且手工加入调试支持参数进行编译，下载地址为：
http://bochs.sourceforge.net/getcurrent.html
下载后解压到任意文件夹，然后进行设置和编译：

$ ./configure --enable-gdb-stub
$ make
# make install

这样就得到了带有gdb-stub的bochs。
接下来还需要设置bochs的配置文件，使之开启gdb-stub，并且配置端口。
在.bochsrc中加入如下一行。

gdbstub: enabled=1, port=1234, text_base=0, data_base=0, bss_base=0

接下来引导系统，在build文件夹下运行bochs：

$ bochs

选择Begin simulation
就会打开一个黑色没有内容的主界面，控制台显示：
Waiting for gdb connection on port 1234
这说明Bochs正在等待gdb的连接。
进入geekos-0.3.0/src/project0/build/geekos目录，查看编译得到的文件:

$ ls
bget.o       idt.o  kernel.bin   kthread.o   mem.o      synch.o
crc32.o      int.o  kernel.exe   lowlevel.o  screen.o   timer.o
fd_boot.bin  io.o   kernel.syms  main.o      segment.o  trap.o
gdt.o        irq.o  keyboard.o   malloc.o    setup.bin  tss.o

会发现多出来很多.o文件和kernel.bin以及kernel.exe，其中kernel.exe是内核文件：

kernel.exe: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), statically linked, not stripped

接下来我们就用gdb载入这个文件：

$ gdb kernel.exe

GDB会显示载入调试符号成功的信息：

Reading symbols from /home/user/work/geekos-0.3.0/src/project0/build/geekos/kernel.exe...done.

然后连接到远程端口，当然其实是本机端口：

(gdb) target remote localhost:1234
Remote debugging using localhost:1234
0x0000fff0 in ?? ()

现在我们可以源码级调试内核了，试试查看源代码：

(gdb) l
1	/*
2	 * GeekOS IDT initialization code
3	 * Copyright (c) 2001, David H. Hovemeyer <[email protected]>
4	 * $Revision: 1.9 $
5	 * 
6	 * This is free software.  You are permitted to use,
7	 * redistribute, and modify it as specified in the file "COPYING".
8	 */
9	
10	#include <geekos/kassert.h>

也可以查看其他文件的源代码，比如main.c：

(gdb) l main.c:0
warning: Source file is more recent than executable.
1	/*
2	 * GeekOS C code entry point
3	 * Copyright (c) 2001,2003,2004 David H. Hovemeyer <[email protected]>
4	 * Copyright (c) 2003, Jeffrey K. Hollingsworth <[email protected]>
5	 * Copyright (c) 2004, Iulian Neamtiu <[email protected]>
6	 * $Revision: 1.51 $
7	 * 
8	 * This is free software.  You are permitted to use,
9	 * redistribute, and modify it as specified in the file "COPYING".
10	 */
(gdb) 
11	
12	#include <geekos/bootinfo.h>
13	#include <geekos/string.h>
14	#include <geekos/screen.h>
15	#include <geekos/mem.h>
16	#include <geekos/crc32.h>
17	#include <geekos/tss.h>
18	#include <geekos/int.h>
19	#include <geekos/kthread.h>
20	#include <geekos/trap.h>

设置断点在第58行：

(gdb) b main.c:58
Breakpoint 1 at 0x1647b: file ../src/geekos/main.c, line 58.

尝试运行一下，因为远程连接到的进程已经启动，所以只能使用continue：

(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 1, Main (bootInfo=0x101ff8) at ../src/geekos/main.c:58
58	    Print("Welcome to GeekOS!\n");

执行下一条语句：

(gdb) n
59	    Set_Current_Attr(ATTRIB(BLACK, GRAY));

此时屏幕就会显示刚才打印的那行字了：


关于gdb的语法请参考gdb手册。
有的朋友很少用命令行的调试器，而习惯可视化的调试器，类似一边点鼠标一边观察值的，可以用ddd：

# apt-get install ddd

启动调试器调试内核文件：

$ ddd kernel.exe

连接Bochs的步骤和gdb下一样，只是界面是图形的并且一些常用命令都集成到菜单里了，下面是效果图：