一文教你如何使用GDB+Qemu调试Linux内核
概述
在某些情况下，我们需要对于内核中的流程进行分析，虽然通过 BPF 的技术可以对于函数传入的参数和返回结果进行展示，但是在流程的调试上还是不如直接 GDB 单步调试来的直接。本文采用的编译方式如下，在一台 16 核 CentOS 7.7 的机器上进行内核源码相关的编译（主要是考虑编译效率），调试则是基于 VirtualBox 的 Ubuntu 20.04 系统中，采用 Qemu + GDB 进行单步调试，网上查看了很多文章，在最终进行单步跟踪的时候，始终不能够在断点处停止，进行过多次尝试和查询文档，最终发现需要在内核启动参数上添加 ，本文是对整个搭建过程的总结。nokaslr
2. Linux 内核编译和文件系统制作
2.1 Linux 内核编译
编译内核和制作文件系统在 CentOS 7.7 的机器上。源码从国内清华的源下载：http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/， 此处选择 linux-4.19.172.tar.gz 版本。详细编译步骤如下：
在内核编译选项中，开启如下
内核黑客攻击 — > 编译时检查和编译器选项 — > [ ] 使用调试信息编译内核
以上配置完成后会在当前目录生成 文件，我们可以使用 进行验证：.configgrep
接着我们进行内核编译：
不同发行版本下的内核的详细编译文档可以参考这里。
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其中上述的 文件内容如下，打印启动日志和系统的整个启动过程花费的时间：init
到此为止我们已经编译了好了 Linux 内核（vmlinux 和 bzImage）和启动的内存文件系统（rootfs.img）。
2.3 错误排查
在编译过程中出现以下报错：
出错的原因是因为我们采用静态编译依赖的底层库没有安装，如果不清楚这些库有哪些 rpm 安装包提供，则可以通过 命令查看，然后安装相关依赖包重新编译即可。yum provides
3. Qemu 启动内核
在上述步骤准备好以后，我们需要在调试的 Ubuntu 20.04 的系统中安装 Qemu 工具，其中调测的 Ubuntu 系统使用 VirtualBox 安装。
把上述编译好的 vmlinux、bzImage、rootfs.img 和编译的源码拷贝到我们当前 Unbuntu 机器中。
拷贝 Linux 编译的源码主要是在 gdb 的调试过程中查看源码，其中 vmlinux 和 linux 源码处于相同的目录，本例中 vmlinux 位于 linux-4.19.172 源目录中。
使用上述命令启动调试，启动后会停止在界面处，并等待远程 gdb 进行调试，在使用 GDB 调试之前，可以先使用以下命令进程测试内核启动是否正常。
其中命令行中各参数如下：
-kernel ./bzImage：指定启用的内核镜像；
-initrd ./rootfs.img：指定启动的内存文件系统；
-Append "nokaslr console=ttyS0"：附加参数，其中 参数必须添加进来，防止内核起始地址随机化，这样会导致 gdb 断点不能命中；参数说明可以参见这里。nokaslr
-s：监听在 gdb 1234 端口;
-S：表示启动后就挂起，等待 gdb 连接;
-nographic：不启动图形界面，调试信息输出到终端与参数 组合使用；console=ttyS0
4. GDB 调试
在使用 命令启动内核以后，进入到我们从编译机器上拷贝过来的 Linux 内核源代码目录中，在另外一个终端我们来启动 gdb 命令：qemu-system-x86_64
整体运行界面如下：
5. Eclipse 图像化调试
我们可以通过 eclipse-cdt 进行可视化项目调试。
"File" -> "New" -> "Project" ，然后选择 "Makefile Project with Existing Code" 选项，后续按照向导导入代码。
在 "Run" -> "Debug Configurations" 选项中，创建一个 "C/C++ Attach to Application" 的调试选项。
Project：选择我们刚才创建的项目名字;
C/C++ Application：选择编译 Linux 内核带符号信息表的 vmlinux;
启动前构建：选择 "禁用自动构建";
Debugger：选择 gdbserver，具体设置如下图;
在 Debugger 中的 Connection 信息中选择 "TCP"，并填写端口为 "1234";
启动 Debug 调试，即可看到与 gdb 类似的窗口。
启动 "Debug" 调试以后的窗口如下，在 Debug 窗口栏中，设置与 gdb 调试相同的步骤即可。
