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如何调试Linux内核

时间：2010-11-09 来源：为伊飘雪

如何调试Linux内核

如果想深入理解Linux内核，我们就不得不接触Linux内核的调试。常用的Linux内核调试器是KDB。

KDB是一款开源的调试工具，由SGI公司开发，嵌入在Linux内核中为内核程序员提供调试支持。它适用于内核及驱动程序的调试，目前支持的CPU体系结构有：x86, IA64和MIPS等。

对于内核感兴趣的人可以使用kdb来查看内核的数据结构和运行状态，从而加深对内核的理解。KDB的弱点在于：不支持源代码级的调试，需要调试人员有一定的

（1）如何安装KDB?

官方发布的Linux内核源代码中并不包括KDB，它是一个补充。KDB通过修改内核源代码将自身嵌入到内核中来提供调试功能。要使用KDB就需要重新编译内核，编译后的内核中含有KDB的代码。

kdb的源代码是由SGI提供的，网上也有许多站点提供其源代码包。在下载之前，需要知道所使用的Linux内核的版本。针对不同的Linux kernel，kdb有不同的源码包。这里假定我们使用的是2.4.7的内核。在如下地址http://oss.sgi.com/projects/kdb可以找到关于kdb的简短介绍。SGI提供ftp下载，地址为：ftp://oss.sgi.com/www/projects/kdb/download/ix86 ，在此目录下，找到相应版本的的kdb源码包。源码包有两种格式，一种是.gz格式压缩，一种是.bz2格式压缩，文件名后缀分别为.gz和.bz2，用户可以根据自己的情况选择相应格式的文件下载。源码包以如下格式进行命名：kdb-vX.X-Y.Y.Y.bz2(.gz)，其中X.X为kdb的版本号，而Y.Y.Y为所对应的Linux内核的版本号。根据所使用的内核版本，选择相应的Y.Y.Y后缀的文件下载。注意：kdb仅仅提供对Linux官方发布的内核版本的支持，如果使用发行商修改的内核版本，譬如Redhat 7.2的内核版本为2.4.7-10，这是经过Red Hat修改的内核版本，kdb没有相应的版本，如果选择为2.4.7而写的kdb版本，在对内核重编译时将会失败。因此，如果要使用kdb，必须使用官方发布的内核版本。目前kdb提供从2.2.3到2.4.19之间的所有内核版本的相应源代码包。

下载kdb源码包后，将源码包解压缩，拷贝到内核源代码目录下，然后执行如下命令：

#cd /usr/src/Linux-2.4.7 　　

#patch p1 < kdb-v1.8-2.4.7 　　　　

注意：如果没有安装内核源代码，需要先安装内核源代码。

执行上述步骤之后，运行内核配置程序：

#make menuconfig

进入配置菜单，进入Kernel Hacking，这时可以看到屏幕菜单中多了几项，选择Magic SysRq Key和Built-in Kernel Debugger Support。第三项kdb off by default意味着是否缺省启动kdb，如果选择它，那么用户需要在使用kdb之前显式地激活它。如果需要，选择Compile the kernel with frame pointer。选择最后一项，表示在编译时使帧指针寄存器不作为通用寄存器使用，而是专用于帧指针。配置完成后，保存配置文件，退出配置程序。

依照以下步骤重新编译内核：　　　　

#make clean 　　

#make dep 　　

#make bzImage

将新内核拷贝到boot目录下：　　　　

#cp /usr/src/Linux-2.4.7/arch/i386/boot/bzImage /boot/kdbkernel 　　　　

修改lilo.conf，加入如下几行：　　　　

image=/boot/kdbkernel 　　

label = kdbkernel 　　

read-only 　　

root = /dev/hda1 　　　　

运行lilo，这时lilo应该已经可以引导新内核。至此，kdb安装就完成了。

（2）如何使用KDB?

在我们使用新内核重新启动机器后，内核已经有kdb支持了。那么如何进入调试环境呢？还有两种情况。一种是在配置内核时，没有选择kdb-off by default选项，那么在内核启动后，按下“pause”键即可进入kdb调试环境。另一种情况恰恰相反，就是在配置内核时选择了kdb-off by default选项。这种情况下有两种办法可以进入kdb的调试环境：一种是在启动时加入“kdb=on”，另一种方式是在proc文件系统加载后，输入如下命令：　　　　

#echo 1”>/proc/sys/kernel/kdb。　　　　

然后就可以按“pause”键进入调试环境了。按“pause”键后，出现提示符kdb>，同时键盘上Caps和Scroll两指示灯不停闪烁，提示现在处于kdb调试环境中。　　　　

kdb提供丰富的命令实现运行控制、内存操纵、寄存器操纵、断点设置、堆栈跟踪等许多功能，总共有33条命令，我们分别进行介绍。

　断点类　　　　

kdb提供强大的断点功能，包括设置断点、清除断点、激活断点、使断点失效，kdb也可以设置硬件断点。断点指令包括bp、bl、bpa、bph、bpha、bc、be和bd。　

bp：设置或者显示断点　　　　

格式：bp [<vaddr>] 　　　　

该命令设置一个新的断点，其中vaddr是要设置的断点的地址。如果不带参数，运行bp将显示当前设置的所有断点。　　

bl：设置或者显示断点　　　　

格式：bl [<vaddr>] 　　　　

该命令的操作与bp命令相同。　　

bpa：设置或者显示全局断点　　　　

格式：bpa [<vaddr>] 　　　　

该命令设置一个全局断点，或者显示所有全局断点，用法同上。　

bph：设置硬件断点或者显示所有断点　　　　

格式：bph [vaddr [datar|dataw|io [length]]] 　　　　

如果不带参数，则显示所有断点。如果带参数，那么设置断点。其中vaddr为要设置硬件断点的地址，datar表示对该内存区进行读操作，dataw表示写操作，io表示对该内存区进行io输入输出操作。length指明读写io操作的数据长度。　　　　

bpha：设置硬件断点或者显示所有断点　　　　

格式和用法同bph。　　　

bc：清除断点　　　　

格式：bc <bpnum> 　　　　

清除标号为bpnum的断点。如果断点号为“*”，将清除所有断点。　

bd：使断点无效　　　　

格式：bd <bpnum> 　　　　

使标号为bpnum的断点无效，如果标号为“*”，表示使所有断点无效。　　　

be：激活断点　　　　

格式：be <bpnum> 　　　　

激活标号为bpnum的断点。如果标号为“*”，将激活所有无效的断点。

运行控制类　　　　

包括go、ss和ssb三个命令，提供对程序执行的控制。具体用法如下：

go：继续程序执行　　　　

格式：go 　　　　

该命令使内核继续执行，直到遇到一个断点才停止。如果没有设置断点，该命令将离开kdb调试器，系统回到正常运行状态。Caps和Scroll指示灯恢复到原来的状态。　　

ss：单步执行程序　　　　

格式：ss 　　　　

该命令仅仅执行下一条指令，执行完后停止。这在进行跟踪时是必不可少的。

ssb：执行到分支或者函数调用时停止　　　　

格式：ssb 　　　　

该命令与ss的区别是，ss只执行一条语句，而ssb执行一组语句，它使指令继续执行，在遇到一个分支语句，或者遇到一个函数调用语句时停止。

内存操作类　　　　

内存操作类命令包括对内存进行显示和修改的md、mdr、mds、mm四条命令。　　　

md：显示内存内容　　　　

格式1：md [vaddr [line-count [output-radix]] ] 　　　　

显示地址为vaddr的内存的内容。line-count为要显示的内存的行数，output-radix指定以8进制、10进制或者16进制显示。如果省略line-count和output-radix，那么将以设置的环境变量MDCOUNT和RADIX方式显示。如果不带任何参数，md命令将接着上次md命令的后续地址显示内存内容。

格式2：mdWcn 　　　　

在缺省情况下，md以当前环境变量BYTESPERWORD的值读取数据，在读取硬件寄存器的时候，需要指定数据的宽度。这是可以使用mdWcn来进行读取，W是读取的宽度，单位是字节，cn为要读取的数目。

mdr：显示原始内存的内容　　　　

格式：mdr <vaddr> <count> 　　　　

从指定地址vaddr开始显示count长度的内存，它打印一连串的内存数据。这个命令是留给外部的调试器使用的，一般很少使用。　　　　

mds：以符号的方式显示内存的内容　　　　

格式：mds [vaddr [line-count [output-radix]]] 　　　　

从指定地址vaddr开始显示内存的内容，与md的区别是每行仅显示一个字，并且它试图将该地址与符号表进行匹配，如果找到，那么它将显示相应的符号名以及偏移值。如果不带参数，它将从上次mds的末尾开始显示。

mm：修改内存内容　　　　

格式1：mm <vaddr> <new content> 　　　　

将指定地址vaddr开始的数据修改为新的数据。修改的数据的长度为一个机器字。　　　　

格式2：mmW <vaddr> <new content> 　　　　

意义同上，区别在于它改变W字节的内容。

堆栈跟踪类　　　　　　

该类指令实现对堆栈的跟踪，包括bt、btp和bta三条命令。

bt：显示调用堆栈　　　　

格式：bt [<stack-frame addr>] 　　　　

如果不指定参数，它根据当前寄存器的内容显示堆栈，提供当前活动线程的完整的堆栈跟踪。如果指定stack-frame addr参数，它将从该地址开始跟踪。

btp：显示进程的堆栈　　　　

格式：btp <pid> 　　　　

显示由pid指定的进程的堆栈。

bta：显示所有进程的堆栈　　　　

格式：bta 　　

寄存器类　　　　　　

寄存器类命令包括对寄存器内容进行显示和修改的rd和rm指令，以及异常帧显示指令ef。

rd：显示寄存器内容　　　　

格式：rd [c|d|u] 　　　　

如果不带任何参数，rd显示所有进入kdb调试器时该点所设置的所有通用寄存器的值。如果带c参数，它将显示控制寄存器cr0、cr1、cr2、cr4寄存器的内容。如果带d参数，它显示调试寄存器的内容。如果带u参数，它显示当进入kdb调试器时当前任务的所有寄存器。　

rm：修改寄存器的内容　　　　

格式：rm <register-name> <register-content> 　　　　

该命令修改register-name指定的寄存器的内容为register-content。其中register-name 为%eax、%ebx、%ecx、%edx、%esi、%edi、%esp、%eip或%ebp。如果参数为%%，由rd u指定的寄存器将被修改。当前rm命令不允许修改控制寄存器，也不允许显示和修改Pentium和Pentium Pro系列的特定寄存器。

ef：显示异常帧　　　　

格式： ef <vaddr> 　　　　

显示vaddr地址处的异常帧。

环境变量类　　　　　　

这类指令对kdb调试器环境变量进行显示和设置。包括set和env命令。

set：设置环境变量　　　　

格式：set <env-var=value> 　　　　

将环境变量env-var的值设置为value。最多有33个环境变量，每个环境变量最大512字节。kdb的主要环境变量有：　　　　

PROMPT：kdb调试器提示符，缺省为kdb>。　　　　

MOREPROMPT：在一屏显示不下的情况下，系统的提示符，缺省为more>。　　　　

RADIX：显示数据时所使用的数制，缺省为16进制。　　　　

LINES：kdb调试器显示行数。缺省为24行。　　　　