StarFive Linux内核调试指南：使用kgdb和kdb

前言

在Linux内核开发过程中，调试是一个至关重要的环节。本文将详细介绍如何在StarFive Linux内核中使用kgdb和kdb这两种强大的调试工具。通过本文，您将了解如何配置和使用这些工具来调试内核问题。

内核调试工具概述

StarFive Linux内核提供了两种主要的调试前端：

1. kdb：一个简单的shell风格接口，可直接在系统控制台使用

   • 支持内存检查、寄存器查看、进程列表查看等功能
   • 可以设置断点进行基本的运行控制
   • 主要用于开发分析和问题诊断

2. kgdb：一个源码级调试器

   • 与gdb配合使用调试Linux内核
   • 支持断点设置、单步执行等高级调试功能
   • 需要开发机和目标机两台设备配合使用

内核编译配置

基本配置要求

要启用内核调试功能，首先需要在编译时进行正确配置：

1. 启用CONFIG_KGDB选项（位于"Kernel hacking → Kernel debugging"菜单）
2. 建议启用CONFIG_DEBUG_INFO以包含调试符号信息
3. 建议启用CONFIG_FRAME_POINTER以获得更准确的调用栈信息
4. 考虑禁用CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX以支持软件断点

典型配置示例

# CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX is not set
CONFIG_FRAME_POINTER=y
CONFIG_KGDB=y
CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y

kdb特有配置

如需使用kdb，还需额外配置：

CONFIG_KGDB_KDB=y  # 启用kdb前端
CONFIG_KDB_KEYBOARD=y  # 如需使用键盘输入

内核启动参数配置

kgdboc参数

kgdboc（kgdb over console）是配置kgdb和kdb通信的主要机制：

基本语法：

kgdboc=[kms][[,]kbd][[,]serial_device][,baud]

常用配置示例：

1. 仅使用串口：

   kgdboc=ttyS0,115200
   

2. 使用键盘和串口：

   kgdboc=kbd,ttyS0,115200
   

3. 仅使用键盘：

   kgdboc=kbd
   

运行时配置示例：

# 启用kgdboc
echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc

# 禁用kgdboc
echo "" > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc

其他重要参数

1. kgdbwait：使内核在启动时等待调试器连接
2. kgdbcon：允许在gdb中查看printk消息
3. nokaslr：禁用地址空间随机化，便于符号解析
4. kgdboc_earlycon：支持早期调试的控制台

使用kdb进行调试

串口调试快速入门

1. 配置kgdboc：

   console=ttyS0,115200 kgdboc=ttyS0,115200 nokaslr
   

2. 通过SysRq-G进入调试器：

   echo g > /proc/sysrq-trigger
   

3. 常用kdb命令：

   • lsmod：显示加载的内核模块
   • ps：显示活动进程
   • bt：获取当前进程的调用栈
   • dmesg：查看内核日志缓冲区
   • go：继续执行内核

键盘调试快速入门

1. 配置kgdboc使用键盘：

   kgdboc=kbd
   

2. 通过键盘快捷键进入调试器：

   • 按住Alt
   • 按下并释放SysRq键
   • 按下并释放g键
   • 释放Alt

使用kgdb/gdb进行调试

要使用kgdb，必须首先通过kgdb I/O驱动程序激活它。基本使用流程：

1. 在目标机上配置并加载kgdb I/O驱动
2. 在开发机上使用gdb连接目标机
3. 使用标准gdb命令进行调试

调试会话示例：

(gdb) target remote /dev/ttyS0
(gdb) break sys_open
(gdb) continue

调试技巧与注意事项

1. 对于长时间调试会话，注意系统时间相关应用可能受到影响
2. 调试完成后，使用go命令恢复内核执行或考虑重启系统
3. 在调试图形相关问题时，可考虑启用kms（Kernel Mode Setting）集成
4. 确保使用的串口线质量良好，避免通信问题

总结

StarFive Linux内核提供的kgdb和kdb调试工具为内核开发者提供了强大的调试能力。通过合理配置和使用这些工具，开发者可以更高效地诊断和解决内核问题。本文介绍了从编译配置到实际使用的完整流程，希望能帮助您更好地利用这些调试工具进行内核开发工作。