用 GDB 远程调试运行于 QEMU 的程序

目录

• 1. 前言
• 2. 测试环境
• 3. 用 GDB 调试 QEMU 内程序
  • 3.1 编写用来调试的程序
  • 3.2 工具安装
    • 3.2.1 安装 arm-linux-gnueabi-gcc
    • 3.2.2 安装 gdb
    • 3.2.3 安装 qemu
  • 3.3 编译和调试
    • 3.3.1 编译
    • 3.3.2 调试
• 4. 用 gdb 调试内核
• 5. 参考资料

1. 前言

限于作者能力水平，本文可能存在谬误，因此而给读者带来的损失，作者不做任何承诺。

2. 测试环境

本文使用 Ubuntu 16.04.4 LTS + QEMU 环境进行调试。

3. 用 GDB 调试 QEMU 内程序

3.1 编写用来调试的程序

我们用 ARM32 来进行调试，下面是用来测试的程序代码：

/* 
 * start.S 
 */

	.text

	.global _start
_start:
	mov r0, #8

1:
	b 1b

编译用的 Makefile ：

CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabi-

CC := ${CROSS_COMPILE}gcc
LD := ${CROSS_COMPILE}gcc

.PHONY: all clean

all: test.elf

test.elf: start.S
	$(CC) -nostdlib -g -o $@ $<

clean:
	-rm -fr test.elf

3.2 工具安装

3.2.1 安装 arm-linux-gnueabi-gcc

sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi

3.2.2 安装 gdb

sudo apt install gdb-multiarch

gdb-multiarch 支持多种目标架构，另外一种选择是交叉编译 ARM 平台的 gdb ，本篇不做展开。

3.2.3 安装 qemu

sudo apt-get install qemu

3.3 编译和调试

3.3.1 编译

将 start.S 和 Makefile 放在同一目录下，然后运行：

make

将在目录下生成 test.elf 文件。

3.3.2 调试

我们调试程序，需要启动两个终端。第一个终端，QEMU 模拟 ARM 开发板 vexpress-a9 环境，用来运行程序 test.elf ：

sudo qemu-system-arm \
	 -M vexpress-a9 -m 512M \
	 -kernel test.elf -S -s -nographic

其中 -s 选项告诉 qemu-system-arm 启动内置的 gdb-server ，监听在 TCP 端口 1234 上；-S 选项告诉 qemu-system-arm 不要启动程序执行，等待 gdb 的指令。目前程序 test.elf 处于停止状态， qemu-system-arm 等待 gdb 客户端连接它，发送进一步的指令。现在用 gdb 连接 qemu-system-arm ：

$ gdb-multiarch test.elf
GNU gdb (Ubuntu 7.11.1-0ubuntu1~16.5) 7.11.1
Copyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu".
Type "show configuration" for configuration details.
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.
Find the GDB manual and other documentation resources online at:
<http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.
For help, type "help".
Type "apropos word" to search for commands related to "word"...
Reading symbols from test.elf...done.
(gdb) target remote localhost:1234
Remote debugging using localhost:1234
_start () at start.S:5
5		mov r0, #8
(gdb) info registers
r0             0x0	0
r1             0x0	0
r2             0x0	0
r3             0x0	0
r4             0x0	0
r5             0x0	0
r6             0x0	0
r7             0x0	0
r8             0x0	0
r9             0x0	0
r10            0x0	0
r11            0x0	0
r12            0x0	0
sp             0x0	0x0
lr             0x0	0
pc             0x10098	0x10098 <_start>
cpsr           0x400001d3	1073742291
(gdb) 

现在我们可以用 gdb 来调试程序 test.elf 了。当前状况下，gdb 和 qemu-system-arm 的关系可以用下图来描述：

 -------------------------
|      qemu-system-arm    |
|   -----------------     |        -----
|  | gdb-server:1234 |<---|-----> | gdb |
|   -----------------     |        -----
 -------------------------

4. 用 gdb 调试内核

# 启动内核，等待 gdb 的连接
sudo qemu-system-arm \
	 -s -S \
     -M vexpress-a9 -smp 4 -m 512M \
     -kernel zImage -dtb vexpress-v2p-ca9.dtb \
     -nographic \
     -append "root=/dev/mmcblk0 rw rootfstype=ext4 console=ttyAMA0" -sd rootfs.img

# 调试内核
gdb-multiarch vmlinux

Linux 内核调试的细节可参考博文：Linux: 内核启动代码调试 。

5. 参考资料

[1] https://www.qemu.org/docs/master/system/gdb.html
[2] QEMU arm 大小端问题
[3] https://lists.gnu.org/archive/html/qemu-devel/2016-01/msg03025.html