《Linux内核设计与实现》 第十八章学习笔记

时间：2023-12-29 12:08:38

调  试

一、准备开始

  • 一个bug
  • 一个藏匿bug的内核版本
  • 相关内核代码的知识和运气
  • 知道这个bug最早出现在哪个内核版本中。

1、想要成功进行调试：

  • 让这些错误重现
  • 抽象出问题
  • 从代码中搜索

二、内核中的bug

　　从隐藏在源代码中的错误到展现在目击者面前的bug，往往是经历一系列连锁反应的事件才可能触发的。内核确实有一些独特的问题需要考虑，像定时限制和竞争条件等，它们都是允许多个线程在内核中同时运行产生的结果。

三、通过打印来调试
　　内核提供的打印函数printk()和C 库提供的printf()函数功能几乎相同。

1、健壮性

  • 健壮性是printk() 函数最容易让人们接受的一个特质.．可以在中断上下文和进程上下中被调用,可以在任何持有锁时被调用,可以在多处理器上同时被调用，而且调用者连锁都不必使用。
  • 解决的办单是提供一个printk() 的变体函数一一early_printk（），这个函数在启动过程的初期就具有在终端上打印的能力,它的功能与prink（）完全相同，区别仅仅在于名字和能够更早地工作,不过，由于该函数在一些内核支持的硬件体系结构上无法实现，所以这种办法峡少可移植性。

2、日志等级

  • printk()和printf（）在使用上最主要的区别就是前者可以指定一个日志级别, 内核根据这个级别来判断是否在终端上打印消息。内核把级别比某个特定值低的所有消息显示在终端上。

3、记录缓冲区

  • 内核消息都被保存在一个LOG_BUF_LEN 大小的环形队列中。该缓冲区大小可以在编译时通过设置CONFIG_LOG_BUF_SHIFf 进行调整。在单处理器的系统上其默认值是16。如果消息队列已经达到最大值，那么如果再有printk（）调用，新消息将覆盖队列中的老消息。这个记录缓冲区之所以称为环形，是因为它的读写都是按照环形队列方式进行操作的。
  • 环形缓冲区的唯一缺点一一可能会丢失消息

4、syslogd 和klogd

  • syslogd 守护进程把它接收到的所有消息添加进一个文件中，该文件默认是/var/log/messages.也可以通过／etc/syslog.conf 配置文件重新指定。在启动klogd 的时候，可以通过指定－c 标志来改变终端的记录级。

四、oops

  • oops 是内核告知用户有不幸发生的最常用的方式。oops 的产生有很多可能原因，其中包括内存访问越界或者非法的指令等。

1、ksymoops
　　如果使用的是模块， 还需要一些模块信息。ksymoops 通常会自行解析这些信息，调用后得到解码板的oops

ksymoops saved_ oops. txt

2、kallsyms

  • 通过定义CONFIG_KALLS YMS 配置选项启用。该选项存放着内核镜像中相应函数地址的符号名称，所以内核可以打印解码好的跟踪线索

五、内核调试配置选项
　　内核开发（ Kernel hacking）菜单项中，它们都依赖于CONFIG_DEBUG_KERNEL。。其中最有用的一个是sleep-inside-spinlock-checking （自旋锁内睡眠选项）。使用锁时睡眠是引发死锁的元凶。所以，包括正使用锁的时候调用，正使用锁的时候以阻塞方式请求分配内存和在引用单CPU 数据时睡眼在内，各种潜在的bug 都能够被探测到。

六、引发bug 并打印信息
　　最常用的两个是BUG() 和BUG_ON（）。当披调用的时候，它们会引发oops ，导致栓的回溯和错误信息的打印可以把这些调用当做断言使用，想要断言某种情况不该发生:

if (bad_thing)
BUG();

　　或者使用更好的形式：

BUG_ON (bad_thing);

　　多数内核开发者相信BUG_ON（）比BUG（）更清晰、更可读， 而且BUG_ON（）会将其声明作为一个语句放入unlikely（）中。

　　可以用panic（）引发更严重的错误。调用panic（）不但会打印错误消息，而且还会挂起整个系统。显然，只应该在最糟糕的情况下使用它

if (terrible_thing)
panic ( ” terrible thing is %ld\n ”， terrible_thing);

七、内核调试器的传奇
1、gdb

  • 可以使用标准的GNU 调试器对正在运行的内核进行查看。针对内核启动调试器的方站与针对进程的方栋大致相同：

gdb vml inux /proc/kcore

　　【其中vmlinux 文件是未经压缩的内核映像，不是压缩过的zlmage 或bzlmage，它存放在源代码树的根目录上。】

  • /proc/kcore 作为一个参数选项，是作为core 文件来用的，通过它能够访问到内核驻留的高端内存。只有超级用户才能读取此文件的数据。可以使用gdb 的所有命令来获取信息。如果编译内核的时候使用了－g 参数（在内核的Makefile 文件的CFLAGS 变量中加入－g)，gdb 还可以提供更多的信息。

2、kgdb

  • kgdb 是一个补丁，它可以让我们在远端主机上通过串口利用gdb 的所有功能对内核进行调试。这需要两台计算机：第一台运行带有kgdb补丁的内核，第二台通过行线(不通过modem，直接连接两台机器的电缆)使用gdb对第一台进行调试。

八、使用Git 进行二分搜索

一开始，你得告诉Git 你要进行二分搜索：

$ git bisect start

然后再为Git 提供一个出现问题的最早内核版本：

$ git bisect bad <revision>

如果当前的内核版本就是引发bug的罪魁祸首，那么就不必提供内核版本：

$ git bisect bad

然后，还得为Git 提供一个最新的可正常运行的内核版本:

$ git bisect good v2.6.28

如果这个版本一切正常，可以运行下面的命令：

$ git bisect good

如果这个版本运行有异常一一也就是说，如果证明这个给定的内核版本有bug，可以运行:

$ git bisect bad

如果你已经知道引发bug 的源（比如， x86 机型的启动代码），你可以指定git仅仅在与错模相关的目录列表中去二分搜索提交的补丁。

$ git bisect start - arch/x86

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