用virtualbox+模擬串口+CDT調試linux內核 TCP/IP協議棧-起步

常常有人問一臺機器如何將hello經網絡發送給另外一臺機器，我確實是不知道，只能看代碼了。
說明：本人對內核的研究學習也是剛剛起步，有不少不了解的，因此文中可能會有一些「一本正經的胡扯」。請你們辯證的閱讀。注意這種方式不能調試 start_kernel等過程，我主要用來調試tcp/ip協議棧代碼。若是想調試start_kernel，後面會介紹用qemu的方式。

S1. 開發機：我是將一個老的索尼的筆記本裝了Ubuntu桌面版本做爲開發環境，版本號是Ubuntu 16.04.4 LTS，後面在某些步驟中也會稱之爲host。
S2. JDK使用的是java version "1.7.0_80"。 官網也有下載。後面CDT開發工具要用。
S3. Eclipse版本 Mars.2 Release (4.5.2)，CDT(8.8.1)使用的插件的方式安裝的。 相關軟件在eclipse官網都可以得到。至於怎麼裝插件，請網上搜索。
S4. Virtualbox，版本 5.2.18 r124319 (Qt5.6.1)。 官網下載的linux版本。
S5. 開發機安裝socat，模擬串口通訊用。sudo apt-get install socat
S6. 開發機安裝build工具鏈。

sudo apt-get install gcc
sudo apt-get install build-essential

S7. Virtualbox新建ubuntu虛擬機做爲調試目標機，安裝的虛擬機的系統用的鏡像是：ubuntu-16.04-server-amd64.iso。至於怎麼用virtualbox裝虛擬機，請網上搜索。
虛擬機的CPU請根據你實際機器CPU的數量選擇，我選擇的是2，後面會對編譯速度的提高有幫助。
虛擬機的網卡設置： 選中你的virtualbox虛擬機-->設置-->網絡-->網卡1-->勾上 啓用網絡鏈接/鏈接方式 選擇 橋接網卡/界面名稱 選擇 你能聯網的網卡。
。
虛擬機串口設置： 選中你的virtualbox虛擬機-->設置-->串口-->端口1-->勾上 啓用串口/端口模式 選擇 主機管道/路徑地址填寫 /tmp/s

安裝時，有個注意事項，語言選擇English，不然可能會出現安裝出錯。另，安裝server工具步驟時建議選擇上openssh server。選擇須要安裝grub做爲磁盤引導器。後面我麼會稱這臺裝好的虛擬機爲guest機器，或者調試目標機，或者調試機，或者target等等。

S8. 登陸到調試目標機，準備內核代碼。
到內核官網下載你要用的內核，個人用的是[4.4.19]版本(https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.4.19.tar.gz)。能夠用wget xxx內核連接地址的辦法下載，個人是：

cd ~
mkdir 004.code
cd 004.code
wget https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.4.19.tar.gz
tar -xzvf linux-4.4.19.tar.gz
cd linux-4.4.19

S9. 在調試目標機準備編譯安裝內核。
修改Makefile文件（linux-4.4.19目錄下），將其中的O2字樣修改爲O1，目前不支持O0編譯。可是有個文章說能夠經過修改內核代碼達到使用O0編譯的目的。我試了試，沒成功。若是誰成功了，能夠告訴我，謝謝。
安裝必要的依賴：

sudo apt-get install libncurses5-dev 
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install bc

調試目標機安裝build工具鏈。

sudo apt-get install gcc
sudo apt-get install build-essential

配置內核選項，其實只須要執行這步生成config文件，配置項不用修改，咱們要的都有。

make menuconfig

而後選擇 exit 而後選擇yes 生成config文件。

make CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH=y -j2

此步驟須要很長時間，2-5小時不等，正常能夠在睡覺前執行，次日早上起來看結果。

S10. 在調試目標機安裝新編譯的內核。
工做目錄在linux-4.4.19

sudo make modules_install
sudo make install

S11. 在調試目標機修改啓動引導選項。
在第10步完成後重啓機器時，在啓動菜單中選擇Advance...菜單中，能夠看到新安裝的4.4.19內核的引導項。
進入系統(用4.4.19 或者以前的默認內核均可以)，修改啓動引導配置文件。

cd /boot/grub
sudo su - root
cp grub.cfg grub.cfg.bk.180917
chmod +w grub.cfg
vi grub.cfg

找到menuentry 'Ubuntu, with Linux 4.4.19......這個地方，爲了便於識別，能夠講此處單引號內的4.4.19後面加上-debug-kernel字樣(可選)。 從這行開始向下查看，找到最挨着的linux /vmlinuz-4.4.19 root=...ro 這一行，在 這一行後面加上kgdb=ttyS0 kgdboc=ttyS0,115200 kgdbwait

S12. 在調試目標機將代碼和編譯產物拷貝給開發機。我用的scp，你能夠選擇ftp等方式。

scp -r linux-4.4.19 simon@192.168.2.7:/home/simon/004.code/linux-4.4.19

用戶名 ip 路徑 根據你本身實際狀況肯定。不明白的能夠搜搜scp命令怎麼用，再不行就用ftp的方式搞。 也有人經過虛擬機共享目錄的方式搞，這個不重要，你能拿到開發機上面就行。

S13. 在開發機，配置CDT並準備工程。
打開裝了CDT插件的eclipse。
window-->preferences-->General-->Workspace 去掉勾選 Build Automatically。
window-->preferences-->C/C++-->indexer 去掉勾選 Enable indexer。
file-->new-->c project-->project name填寫你本身合意的，好比linux-kernel-study / 去掉use default location，location輸入框中選擇你的linux-4.4.19路徑。 / project type 選擇 Makefile project-Empty project / Toolschains選擇Linux GCC-->next-->Advanced Setting-->C/C++ Build-->去掉勾選use default build command， build command輸入框內寫上 make CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH=y -j2，build directory選擇你的linux-4.4.19路徑。 / Behavior頁籤 Build(Increament build) 輸入框中輸入一個空格便可。而後完成工程建立便可。
點擊工具欄中的綠色小蟲子右邊的箭頭，選擇Debug Configurations-->C/C++ Remote Application(雙擊)-->proiect選擇你剛建立的project / C/C++ Application選擇你的linux-4.4.19路徑下的vmlinux。 / 選中 Disable auto build 點擊select other換一個啓動器 選擇 GDB(DSF)Manual Remote Debugging...

點擊debugger頁籤 點擊connection子頁籤，type選擇Serial， speed選擇115200，dev後面再來填。此處標誌爲待填13.1。

點擊apply close便可。

S14. 啓動調試目標機，在啓動菜單處，選擇 advance.../Ubuntu, with Linux 4.4.19-debuge-kernel這個內核引導項目。

在開發機執行命令：socat -d -d /tmp/s pty
他會有個輸出 /dev/pts/.. 把這個路徑填到13步待填13.1處。

cd 你的linux-4.4.19路徑
gdb vmlinux
target remote /dev/pts/.. （此處對應上面的輸出，不是真的寫一個..）
此時就應該鏈接上目標機器了。按gdb的c指令即可以使得調試目標機繼續啓動下去。
若是須要加設斷點等，能夠在調試目標機執行
sudo su - root
echo g > /proc/sysrq-trigger
這樣目標機就會暫停，能夠在開發機中加設斷點。

注意這種方式不能調試 start_kernel等過程，我主要用來調試tcp/ip協議棧代碼。

S15. 在開發機用CDT調試。
退掉14步的gdb調試。
在調試目標機執行 sudo echo g > /proc/sysrq-trigger
點擊CDT工具欄中的綠色小蟲子右邊的箭頭，選擇1New_configuration，若是有什麼錯誤提示不用理會，繼續proceed。 鏈接成功後，控制檯會有輸出，好比咱們能夠在控制檯輸入 b af_inet.c:471 而後輸入gdb 指令 c

而後 在目標機執行 nc -l 8080

而後你就能夠發現斷點停在了 snum = ntohs(addr->sin_port);， 這個時候你就能夠調試server的bind動做了，其餘諸如listen accept connect等相似方式調試。

F5 F6這些快捷鍵均可以用，只是你每次增減斷點，貌似都要如今目標機執行 echo g > /proc/sysrq-trigger，使他先停下來，纔好加斷點等操做。