GDB+QEMU 调试 64 位 RISC-V LINUX ¶

实验内容 ¶

• 搭建实验环境
  • 安装 risc-v 工具链和 qemu 模拟器
• 获取 Linux 源码和已经编译好的文件系统
  • 从 kernel.org 下载最新的 Linux 源码
  • 从课程仓库克隆文件系统镜像
• 编译 Linux 内核
• 使用 QEMU 运行内核
• 使用 GDB 对内核进行调试
• 思考题
  • 使用 riscv64-linux-gnu-gcc 编译单个 .c 文件
  • 使用 riscv64-linux-gnu-objdump 反汇编前面得到的编译产物
  • 调试 Linux 时：
    1. 在 GDB 中查看汇编代码
    2. 在 0x80000000 处下断点
    3. 查看所有已下的断点
    4. 在 0x80200000 处下断点
    5. 清除 0x80000000 处的断点
    6. 继续运行直到触发 0x80200000 处的断点
    7. 单步调试一次
    8. 退出 QEMU
  • 学习 Makefile 的基本使用
    1. 观察可用的 target，应该使用 make ? 来清除 Linux 的构建产物？
    2. 默认情况下，内核编译显示的是简略信息（例如：CC init/main.o），应该使用 make ? 来显示 Linux 详细的编译过程呢？

环境搭建 ¶

安装 risc-v 工具链和 qemu 模拟器 ¶

命令行运行：

sudo apt install qemu-system-misc gcc-riscv64-linux-gnu gdb-multiarch

安装其它后续需要的软件包 ¶

Ubuntu 不自带 make、gcc 等工具，需要手动安装：

sudo apt install build-essential

在后面编译内核的过程中会出现 /bin/sh: 1: flex: not found 以及 bison: not found 的错误，需要安装 flex 和 bison：

sudo apt install flex bison

获取、编译源码 ¶

获取 Linux 源码 ¶

在 kernel.org 上查找源码，选择 6.0.5 版本下载（6.1 版本中含有 rust，不选）并解压：

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.0.5.tar.xz
tar -xf linux-6.0.5.tar.xz

克隆课程仓库：

git clone https://git.zju.edu.cn/zju-sys/sys2lab-22fall-stu.git

编译 Linux 内核 ¶

进入解压后的 Linux 源码文件夹，进行编译：

make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- defconfig
make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-linux-gnu- -j4

运行、调试内核 ¶

使用 QEMU 运行内核 ¶

进入 sys2lab-22fall-stu/src/lab3 目录中，运行：

qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt \
    -kernel ~/Desktop/linux-6.0.5/arch/riscv/boot/Image \
    -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
    -append "root=/dev/vda ro console=ttyS0" \
    -bios fw_jump.bin -drive file=rootfs.img,format=raw,id=hd0

然后 exit 退出 shell，Ctrl+A、X 退出 QEMU。

使用 GDB 调试内核 ¶

在一个终端运行下面命令启用一个内核并等待调试：

qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt \
    -kernel ~/Desktop/linux-6.0.5/arch/riscv/boot/Image \
    -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
    -append "root=/dev/vda ro console=ttyS0" \
    -bios fw_jump.bin -drive file=rootfs.img,format=raw,id=hd0 \
    -S -s

gdb-multiarch vmlinux

查看汇编、查看寄存器值、单指令运行：

查看帧栈信息：

layout asm（使用 Ctrl+X、A 退出）：

思考题 ¶

编译 c 语言文件并反汇编 ¶

和系统一中的实验一样，使用 riscv64-linux-gnu-gcc 编译、-objdump 反汇编即可。源文件：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 1, b = 2;
    printf("%d\n", a + b);
    return 0;
}

调试 Linux ¶

查看汇编、在 0x80000000 下断点、查看断点、在 0x80200000 下断点、取消 0x80000000 处的断点、继续运行：

单步运行、退出：

Makefile 相关 ¶

1. 观察可用的 target，应该使用 make ? 来清除 Linux 的构建产物？

应该使用 make clean 来清除构建产物

2. 默认情况下，内核编译显示的是简略信息（例如：CC init/main.o），应该使用 make ? 来显示 Linux 详细的编译过程呢？

make help 可以看到：

  make V=0|1 [targets] 0 => quiet build (default), 1 => verbose build
  make V=2   [targets] 2 => give reason for rebuild of target