kgdb模块移植分析文档

1.概述

本文通过分析X86的KGDB内核调试实现机制，理清KGDB内核调试的原理。最后给出KGDB移植至c-sky的可行性方案。

本文后续分为两个章节。第二章主要结合代码分析分析X86体系结构下，KGDB内核调试的实现机制。第三章结合第二章的分析对比，提出KGDB内核调试在c-sky嵌入式平台上的移植的实现方案。

2.原理分析

2.1简介

Kgdb是Linux内核本身提供的一种内核调试stub程序，kgdb通过将自身代码插入在内核中，编译后，一起作为一个整体的程序运行。所以kgdb本身运行在内核空间，因此kgdb可以访问内核空间或者用户空间，获取相应的被调试程序的数据信息。在linux-2.6.25之前kgdb作为内核的补丁存在，要使用kgdb调试，需要找到相应版本的kgdb，然后把补丁编译进linux内核；linux-2.6.25版本之后，kgdb被整合到linux内核中，要使用kgdb调试的时候只需要在配置内核的时候勾选相应的kgdb选项即可。

Kgdb作为内核调试的调试代理，与调试linux应用程序的调试代理程序gdbserver类似，需要和gdb配合，通过远程调试协议，一起完成调试。使用kgdb调试内核需要两台机器，一台作为host机，另一台作为target机，两台机器通过串口或者网络连接起来。在target机上运行配置了kgdb的待调试linux内核，在host机上运行gdb。Gdb与kgdb采用RSP远程通信协议（RSP协议不作具体介绍，可参考相关资料），gdb向kgdb发送相应的命令包，从kgdb端获取内核运行的数据信息包，从而实现对目标机上的linux内核进行控制，实现远程调试。Kgdb的调试模型如图2-1所示。

 

 

        

图2‑1 kgdb调试模型

 

2.2调试原理

2.1 kgdb简介一节中讲到kgdb是一种stub调试程序，将自身的代码插入到待调试的linux内核中，然后一起编译运行。那么linux内核运行得好好的，怎么保证一定能运行到kgdb的代码中去呢？运行到kgdb代码时kgdb会做一些什么事情？运行到kgdb代码时整个系统的运行状况又如何呢？

kgdb通过捕获掌管所有的异常来实现对linux内核的控制。具体机制如下：kgdb通过修改linux内核的异常处理程序，将自己的代码插入到异常处理程序中，这样内核发生异常，进入到异常处理程序中，由于kgdb把自己的代码插入到异常处理程序的前面部分，那么会先进入kgdb的代码（kgdb只接管内核态产生的异常，用户态的异常不会进入kgdb的主代码，只是进行正常的异常处理），待kgdb处理完退出以后，回到异常处理程序继续进行异常处理。打个比方，kgdb就相当于中断服务程序，它恢复被调试内核的过程就相当于是中断返回，在中断返回之前，由kgdb一直占用着CPU，接收调试器的命令，处理命令，返回命令结果的工作。Kgdb的调试流程如图2-2所示：

 

 

图2‑2 kgdb调试流程

2.3模块分析

kgdb的代码按功能划分主要可以分为两部分：初始化模块和主控制模块。

主控制模块功能就是初始化模块将kgdb初始化以后，内核发生异常，进入kgdb，kgdb与host机上运行的gdb进行通信，主控制模块负责kgdb与gdb的通信，负责从gdb接收命令包、解析执行命令包并且将执行结果返回给gdb。

2.3.1初始化模块

初始化模块主要包括异常捕捉初始化和底层实现初始化。异常捕捉初始化所做的工作就是修改异常的处理函数，使得内核产生异常能被kgdb捕捉，进而使得kgdb获取内核的控制权；底层实现初始化指的是host机和target机的物理连接可以通过网络或者串口，在内核启动的参数里面可以配置选择kgdboc（kgdb over console）或者kgdboe（kdgb over erthnet），底层实现初始化就是注册相关的驱动。

对kgdb初始化模块的介绍主要从初始化的时机和初始化的内容进行阐述。在介绍kgdb初始化的时机前，我们先对linux内核的启动初始化过程做一个简要的回顾，如图2-3所示：

图