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用 kGDB 调试 Linux 内核

Wen Pingbo 创作于 2013/08/18

by Pingbo Wen of TinyLab.org 2013/08/11

简介

这个文档记录了用 kGDB 调试 Linux 内核的全过程,都是在前人工作基础上的一些总结。以下操作都是基于特定板子来进行,但是大部分都能应用于其他平台。

要使用 KGDB 来调试内核,首先需要修改 config 配置文件,打开相应的配置,配置内核启动参数,甚至修改串口驱动添加 poll 支持,然后才能通过串口远程调试内核。

配置内核

基本配置

在内核配置文件 .config 中,需要打开如下选项:

CONFIG_KGDB加入KGDB支持
CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE使KGDB通过串口与主机通信(打开这个选项,默认会打开CONFIG_CONSOLE_POLL和CONFIG_MAGIC_SYSRQ)
CONFIG_KGDB_KDB加入KDB支持
CONFIG_DEBUG_KERNEL包含驱动调试信息
CONFIG_DEBUG_INFO使内核包含基本调试信息
CONFIG_DEBUG_RODATA=n关闭这个,能在只读区域设置断点

可选选项

CONFIG_PANIC_TIMEOUT=5 
CONFIG_BOOTPARAM_SOFTLOCKUP_PANIC_VALUE=1 
CONFIG_BOOTPARAM_HUNG_TASK_PANIC_VALUE=1 
CONFIG_S3C2410_WATCHDOG_ATBOOT=0 
CONFIG_FRAME_POINTER使KDB能够打印更多的栈信息
CONFIG_KALLSYMS加入符号信息
CONFIG_KDB_KEYBOARD如果是通过目标版的键盘与KDB通信,需要把这个打开,且键盘不能是USB接口
CONFIG_KGDB_TESTS 

启动参数

打开相应的选项后,需要配置 kernel 启动参数,使 KGDB 和内核能够找到正确的通信接口。如果是使用串口,则需要配置如下选项:

console=ttySAC3,115200 kgdboc=ttySAC3,115200

如果需要调试内核的启动过程,则需要在 kgdboc 后面加入 kgdbwait 。

在其他板子上,若使用以太网口来和 KGDB 进行通信,则要把 kgdboc 换成 kgdboe(kgdb over ethernet) )。

配置完后,就可以正常编译,然后把内核下载到目标板上面。

串口驱动修改

如果在内核启动的过程中出现如下错误提示:

kgdb: Unregistered I/O driver, debugger disabled.

则需要根据这一部分,修改串口驱动程序,若能正常进入 kgdb ,则忽略该节,直接进入下一节使用 KGDB 。

drivers/tty/serial/kgdboc.c 中的 configure_kgdboc 函数,会通过 tty_find_polling_driver(cptr, &tty_line) 来找寻内核启动参数中指定的串口驱动。然后通过 kgdboc_get_char()kgdboc_put_char() 来和主机串口正常通信。

可以看到在 config 配置文件的 CONFIG_CONSOLE_POLL 就是使能串口与 kgdboc 的接口。如果 tty_find_polling_driver 没有找到对应的串口通信接口,则会调用 kernel/debug/debug_core.c 中的 kgdb_unregister_io_module 进行错误处理。

有的板子的串口驱动并没有加入对 kgdboc 通信的支持,例如 Samsung 的串口驱动需要在 drivers/tty/serial/samsung.c 中手动添加。 添加与 kgdboc 通信的接口,只需添加一个发送函数和接收函数,然后在驱动操作结构体中加入对应的函数就可以了。具体的 PATCH 如下:

drivers/tty/serial/samsung.c | 22 ++++++++++++++++++++++
1 files changed, 22 insertions(+), 0 deletions(-)

diff --git a/drivers/tty/serial/samsung.c b/drivers/tty/serial/samsung.c
index ff6a4f8..5ceb7d7 100755
--- a/drivers/tty/serial/samsung.c
+++ b/drivers/tty/serial/samsung.c
@@ -893,7 +893,29 @@ static struct console s3c24xx_serial_console;
#define S3C24XX_SERIAL_CONSOLE NULL
#endif

+#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
+static void s3c24xx_serial_poll_put_char(struct uart_port *port, unsigned char c)
+{
+    while (!(rd_regl(port, S3C2410_UTRSTAT) & S3C2410_UTRSTAT_TXE))
+       ;
+
+    wr_regl(port, S3C2410_UTXH, c);
+}
+
+static int s3c24xx_serial_poll_get_char(struct uart_port *port)
+{
+    while (!(rd_regl(port, S3C2410_UTRSTAT) & S3C2410_UTRSTAT_RXDR))
+        ;
+
+    return rd_regl(port, S3C2410_URXH);
+}
+#endif
+
static struct uart_ops s3c24xx_serial_ops = {
+#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
+    .poll_get_char = s3c24xx_serial_poll_get_char,
+    .poll_put_char = s3c24xx_serial_poll_put_char,
+#endif
     .pm = s3c24xx_serial_pm,
     .tx_empty = s3c24xx_serial_tx_empty,
     .get_mctrl = s3c24xx_serial_get_mctrl,
--
1.7.5.4

加入这个 patch ,重新编译内核,之后就能正常进入 kgdb

gdb 远程调试

如果在内核启动参数中加入了 kgdbwait ,则内核会在完成基本的初始化之后,停留在 kgdb 的调试陷阱中,等待主机的 gdb 的远程连接。

由于大部分的板子只有一个调试串口,所以你需要把之前与串口通信的 minicom 退出来,然后在内核源码的目录下,执行以下命令:

$ arm-linux-gnueabi-gcc vmlinux
(gdb) target remote /dev/ttyUSB0
(gdb) set detach-on-fork on
(gdb) b panic()
(gdb) c

当然,你也可以 agent-proxy 来复用一个串口,通过虚拟出两个 TCP 端口。这时候, gdb 就需要用 target remote 命令连接 kgdb ,例如:

(gdb) target remote localhost:5551

agent-proxy 可这样下载:

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/utils/kernel/kgdb/agent-proxy.git

具体用法,请看该 repo 下的 README 。

在用 gdb 来调试内核的时候,由于内核在初始化的时候,会创建很多子线程。而默认 gdb 会接管所有的线程,如果你从一个线程切换到另外一个线程, gdb 会马上把原先的线程暂停。但是这样很容易导致 kernel 死掉,所以需要设置一下 gdb 。一般用 gdb 进行多线程调试,需要注意两个参数: follow-fork-modedetach-on-fork

  • detach-on-fork 参数,指示 GDB 在 fork 之后是否断开(detach)某个进程的调试,或者都交由 GDB 控制: set detach-on-fork [on|off]

    • on: 断开调试 follow-fork-mode 指定的进程。
    • off: gdb将控制父进程和子进程。
  • follow-fork-mode 指定的进程将被调试,另一个进程置于暂停(suspended)状态。follow-fork-mode 的用法为:set follow-fork-mode [parent|child]

    • parent: fork之后继续调试父进程,子进程不受影响。 
    • child: fork之后调试子进程,父进程不受影响。

参考资料

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