学内核之三：使用GDB跟踪内核调用链

学内核之一：基于QEMU搭建Linux内核启动调试环境_启动Linux内核

学内核之二：基于QEMU搭建Linux内核运行调试环境_加载文件系统

目录

一 引子

二 为什么选择Oops

三 构建模拟环境

四 触发问题

 五 调试

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一 引子

通过之前的两篇，我们利用QEMU构建了基于ARM平台的Linux调试系统。现在，我们就可以基于此对一些问题进行研究。

最常用的，我想肯定是函数调用了。比如某个函数是怎么调用过来的。另外就是，产生某种问题或现象时，都调用了哪些函数。这里，我们以内核Oops为例，来看看产生异常后，内核是如何调用处理的。

要分析函数调用，最关键的就是了解栈结构。通过栈回溯，就可以梳理出函数调用层次。内核里，如果想知道某个函数的调用栈，也可以利用WARN_ON宏，相比与BUG_ON，WARN不会停止执行，对于只是想看看某个处理流程，不想这么麻烦构建环境（比如有真机环境），喜欢偷懒的同学，就可以直接在内核相关代码处添加，跟打印类似。

当然，要是经常处理这类问题，为提高效率，建议还是通过其他高效手段来搞定。这篇文章采用GDB的方法。

二 为什么选择Oops

因为Oops很典型，也很棘手。当我们在系统运行过程中遇到Oops时，就表明内核的某个地方出现了问题。比如，典型的空指针访问。分析Oops，需要对堆栈有所了解。Oops会展示出异常出现时，内核的现场环境，开发人员就需要根据这些现场信息，分析到底是哪里，什么原因导致的问题。

不过，现场的信息，似乎并不是很友好。有很多简写字符，有很多寄存器，还有很多十六进制数据，等等。如果不能根据堆栈分析出问题，那么这些寄存器和内存数据，就是进一步分析的重要参考了。

但是，前提是，你需要了解这些信息都表示什么含义。获取这些信息最简便的方式，就是看出现Oops时，内核做了什么，也就知道了打印的信息都是什么了。今天，我们是通过一种调试手段研究另外一种调试手段。

三 构建模拟环境

对于一个不熟悉内核，或者说不是很熟悉内核的开发人员，想要一下子定位到Oops的处理代码，并非易事。搞定这件事最简单的办法，就是构建一个模拟环境，主动触发Oops，然后通过加断点方式，跟踪内核处理，从而理清整个脉络。

前面有提到，触发Oops的一种常见问题，就是内核空指针。我们可以在内核的某些执行点上，加入空指针访问代码，然后设定断点，就可以跟踪整个流程了。

不过，今天讲的方法，不使用修改内核的方法，而是编写一个模块ko，然后触发问题。

我们编写一个极为简单的模块，在init方法中，触发空指针访问。

编写makefile

make

后面我们 insmod test_module.ko来观察现象。

在insmod之前，我们需要将模块拷贝到根文件系统中，然后重新打包根文件系统

具体可参考系列之二。

四 触发问题

现在，我们就可以运行系统了。

跟之前直接启动不同的是，为了gdb调试，我们需要使用-s -S参数，这样可以让内核被gdb挂载上。

qemu-system-arm -nographic -s -S  -m 512M -M virt -kernel /home/work/KernelStudy/Kernel/linux-4.19.244/arch/arm/boot/zImage -append "rdinit=/linuxrc root=/dev/ram console=ttyAMA0 loglevel=8" -initrd /home/work/KernelStudy/rootfs/rootfs.img 

之后，gdb连接

系统启动后，加载模块，出现Oops，如下图

 五 调试

现在，有了复现手段，我们就可以调试了。

注意，内核需要配置CONFIG_DEBUG_KERNEL=y，这样才能生成调试符号信息

因为我们是从用户空间加载ko触发驱动，设定断点就稍微复杂点了。不过，我们可以看到，调用栈里面有do_init_module，我们可以再系统起来后，加载ko之前，设定断点到这个函数，就可以断住了。从这个地方跳转到问题点还是有点困难的，因为这中间要经历异常处理。

当然，如果对内核有稍微了解，就可以知道这类问题基本都在trace里处理，你也可以在内核代码里搜索一下上述问题日志的字符串，找到关联文件，类似函数，就可以断住测试验证。我们还是用这种方式来看。

 进一步的，在__die中就可以单步跟踪整个日志信息的输出流程了。比如下面这个寄存器的输出

 对应到终端输出为

后面的就不再展示了。

这里提供一种方法，协助开发人员快速定位问题点的代码。通过调试，对应看代码，效果会更好。