背景
一直以来，都对linux系统的理解都是在应用层面，看过了《UNIX环境高级编程》，对于系统中的一些模块的实现方法还缺乏深刻的认识，故想研究下Linux内核机制。
单纯阅读源码还是不如一步一步调试内核理解深刻，对于调试内核的方法，网上也有不少，主要是利用Qemu+GDB对内核进行调试，但网上的资料大多零散，步骤记录不够详细，笔者在实现过程中走了很多弯路，而且直接利用GDB调试查看代码还不甚方便，所以这里使用VS Code+Qemu+GDB来进行Linux内核调试，记录过程中的主要步骤。
环境
由于个人主机是MacOS 10.14.5，所以在Parrales Desktop虚拟机使用Ubuntu 14.04 amd64搭建内核调试环境。
若主机本身就是Linux系统，则无需安装虚拟机，可直接进行内核调试环境的搭建，性能更佳。
主要步骤
概述
- 虚拟机（Parrales Desktop，vmware等均可）中安装Ubuntu（如果主机本身就是Linux系统，本步骤可略）
- 下载linux kernel，编译生成bzImage
- 更新GCC，G++，GDB
- 安装Qemu
- 安装VS Code，并进行相关配置
虚拟机Ubuntu安装
虚拟机（Parrales Desktop，vmware等均可）中安装Ubuntu 14.04，这里Ubuntu版本可以自由选择，只要Parrales tools能够正常安装即可。另外，最好选择x64版本，性能会更好一些。具体安装过程略。
由于原始apt更新速度较慢，需要更新国内源，这里使用清华apt源
vim /etc/apt/sources.list
内核编译
#安装编译相关依赖
apt-get install libncurses5-dev libssl-dev bison flex libelf-dev gcc make openssl libc6-dev
#这里选择清华源，国内速度会快很多
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v4.x/linux-4.5.tar.gz
#解压
tar -xvf linux-4.5.tar.gz
cd linux-4.5
#配置编译选项，这里可以进行内核编译的各种配置，由于默认已经勾选了调试相关的配置，可直接esc退出保存
make menuconfig
#开始多线程编译，首次此步会等待较长时间，后续由于已经生成了中间文件，速度会变快
make -j8
编译完成后，目录下会生成以下
./vmLinux
./arch/x86/boot/bzImage
其中vmLinux为GDB所需的调试Map文件，bzImage为大内核文件
如果需要安装内核可以进行以下步骤（此步非必须）
#如果需要安装内核，
make modules_install
make install
安装后，重启主机，可以在Grub中选择新的内核。
更新GCC,G++,GDB
由于系统默认的GDB在调试内核时会出现“Remote ‘g’ packet reply is too long”的错误，我们需要修改GDB的源码，而编译新版的GDB源码需要新版的GCC和G++，故需要更新以下：
#安装GCC-9,G++-9
sudo apt install software-properties-common
sudo apt-get update
sudo apt install gcc-9 g++-9
#安装后执行
gcc -v
#若是新版本gcc，则完成，若非新版本，需要将gcc链接到gcc-9
编译安装GDB
#下载GDB，这里使用北交的gnu源，国内速度会快很多
wget https://mirror.bjtu.edu.cn/gnu/gdb/gdb-8.3.tar.xz
tar -xvf gdb-8.3.tar.xz
#在gdb/remote.c文件下作如下修改
/* Further sanity checks, with knowledge of the architecture. */
// if (buf_len > 2 * rsa->sizeof_g_packet)
// error (_("Remote 'g' packet reply is too long (expected %ld bytes, got %d "
// "bytes): %s"),
// rsa->sizeof_g_packet, buf_len / 2,
// rs->buf.data ());
if (buf_len > 2 * rsa->sizeof_g_packet) {
rsa->sizeof_g_packet = buf_len;
for (i = 0; i < gdbarch_num_regs (gdbarch); i++){
if (rsa->regs[i].pnum == -1)
continue;
if (rsa->regs[i].offset >= rsa->sizeof_g_packet)
rsa->regs[i].in_g_packet = 0;
else
rsa->regs[i].in_g_packet = 1;
}
}
#编译GDB
./configure
./make -j8
sudo ./make install
#打开GDB，看是否为新版本
gdb
Qemu配置
#安装qemu
apt-get install qemu
制作helloworld的rootfs用于测试
touch main.c
键入以下代码
#include <stdio>
int main()
{
printf("hello world!");
printf("hello world!");
printf("hello world!");
printf("hello world!");
fflush(stdout);
while(1);
return 0;
}
编译
gcc --static -o helloworld main.c
echo helloworld | cpio -o --format=newc > rootfs
Qemu直接运行测试（非必须）
qemu-system-x86_64 \
-kernel ./arch/x86/boot/bzImage \
-initrd ./rootfs \
-append "root=/dev/ram rdinit=/helloworld"
Qemu 开启GDB调试
qemu-system-x86_64 \
-kernel ./arch/x86/boot/bzImage \
-initrd ./rootfs \
-append "root=/dev/ram rdinit=/helloworld" \
-smp 2 \
-s -S
进行以上会打开Qemu并进入等待调试状态，此时可以直接gdb调试，如下（非必须）
gdb ./vmLinux
#以下进行调试
target remote:1234
b start_kernel
c
可以发现内核被断在start_kernel函数上
VS code配置
官网下载安装vscode：https://code.visualstudio.com
1. vscode打开kernel源码文件夹
2. 安装gdb debug插件
3. Debug->Open Configurations,做以下配置
{
// 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",
}
]
}
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。
