linux設備驅動第四篇：以oops信息定位代碼行爲例談驅動調試方法

時間 2019-11-12

標籤 linux 設備驅動第四 oops 信息定位代碼爲例調試方法欄目 Linux 简体版

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如何根據oops定位代碼行程序員
其餘調試手段shell

上一篇咱們大概聊瞭如何寫一個簡單的字符設備驅動，咱們不是神，寫代碼確定會出現問題，咱們須要在編寫代碼的過程當中不斷調試。在普通的c應用程序中，咱們常常使用printf來輸出信息，或者使用gdb來調試程序，那麼驅動程序如何調試呢？咱們知道在調試程序時常常遇到的問題就是野指針或者數組越界帶來的問題，在應用程序中運行這種程序就會報segmentation fault的錯誤，而因爲驅動程序的特殊性，出現此類狀況後每每會直接形成系統宕機，並會拋出oops信息。那麼咱們如何來分析oops信息呢，甚至根據oops信息來定位具體的出錯的代碼行呢？下面就根據一個簡單的實例來講明如何調試驅動程序。數組

如何根據oops定位代碼行

咱們借用linux設備驅動第二篇：構造和運行模塊裏面的hello world程序來演示出錯的狀況，含有錯誤代碼的hello world以下：sass

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void)
{
        char *p = NULL;
        memcpy(p, "test", 4);
        printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
        return 0;
}
static void hello_exit(void)
{

        printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

Makefile文件以下：微信

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := helloworld.o
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
        $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif

clean:
        rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions modules.order  Module.symvers

很明顯，以上代碼的第8行是一個空指針錯誤。insmod後會出現下面的oops信息：併發

[  459.516441] BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at           (null)
[  459.516445] 
[  459.516448] PGD 0 
[  459.516450] Oops: 0002 [#1] SMP 
[  459.516452] Modules linked in: helloworld(OE+) vmw_vsock_vmci_transport vsock coretemp crct10dif_pclmul crc32_pclmul ghash_clmulni_intel aesni_intel vmw_balloon snd_ens1371 aes_x86_64 lrw snd_ac97_codec gf128mul glue_helper ablk_helper cryptd ac97_bus gameport snd_pcm serio_raw snd_seq_midi snd_seq_midi_event snd_rawmidi snd_seq snd_seq_device snd_timer vmwgfx btusb ttm snd drm_kms_helper drm soundcore shpchp vmw_vmci i2c_piix4 rfcomm bnep bluetooth 6lowpan_iphc parport_pc ppdev mac_hid lp parport hid_generic usbhid hid psmouse ahci libahci floppy e1000 vmw_pvscsi vmxnet3 mptspi mptscsih mptbase scsi_transport_spi pata_acpi [last unloaded: helloworld]
[  459.516476] CPU: 0 PID: 4531 Comm: insmod Tainted: G           OE 3.16.0-33-generic #44~14.04.1-Ubuntu
[  459.516478] Hardware name: VMware, Inc. VMware Virtual Platform/440BX Desktop Reference Platform, BIOS 6.00 05/20/2014
[  459.516479] task: ffff88003821f010 ti: ffff880038fa0000 task.ti: ffff880038fa0000
[  459.516480] RIP: 0010:[<ffffffffc061400d>]  [<ffffffffc061400d>] hello_init+0xd/0x30 [helloworld]
[  459.516483] RSP: 0018:ffff880038fa3d40  EFLAGS: 00010246
[  459.516484] RAX: ffff88000c31d901 RBX: ffffffff81c1a020 RCX: 000000000004b29f
[  459.516485] RDX: 000000000004b29e RSI: 0000000000000017 RDI: ffffffffc0615024
[  459.516485] RBP: ffff880038fa3db8 R08: 0000000000015e80 R09: ffff88003d615e80
[  459.516486] R10: ffffea000030c740 R11: ffffffff81002138 R12: ffff88000c31d0c0
[  459.516487] R13: 0000000000000000 R14: ffffffffc0614000 R15: ffffffffc0616000
[  459.516488] FS:  00007f8a6fa86740(0000) GS:ffff88003d600000(0000) knlGS:0000000000000000
[  459.516489] CS:  0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033
[  459.516490] CR2: 0000000000000000 CR3: 0000000038760000 CR4: 00000000003407f0
[  459.516522] DR0: 0000000000000000 DR1: 0000000000000000 DR2: 0000000000000000
[  459.516524] DR3: 0000000000000000 DR6: 00000000fffe0ff0 DR7: 0000000000000400
[  459.516524] Stack:
[  459.516537]  ffff880038fa3db8 ffffffff81002144 0000000000000001 0000000000000001
[  459.516540]  0000000000000001 ffff880028ab5040 0000000000000001 ffff880038fa3da0
[  459.516541]  ffffffff8119d0b2 ffffffffc0616018 00000000bd1141ac ffffffffc0616018
[  459.516543] Call Trace:
[  459.516548]  [<ffffffff81002144>] ? do_one_initcall+0xd4/0x210
[  459.516550]  [<ffffffff8119d0b2>] ? __vunmap+0xb2/0x100
[  459.516554]  [<ffffffff810ed9b1>] load_module+0x13c1/0x1b80
[  459.516557]  [<ffffffff810e9560>] ? store_uevent+0x40/0x40
[  459.516560]  [<ffffffff810ee2e6>] SyS_finit_module+0x86/0xb0
[  459.516563]  [<ffffffff8176be6d>] system_call_fastpath+0x1a/0x1f
[  459.516564] Code: <c7> 04 25 00 00 00 00 74 65 73 74 31 c0 48 89 e5 e8 a2 86 14 c1 31 
[  459.516573] RIP  [<ffffffffc061400d>] hello_init+0xd/0x30 [helloworld]
[  459.516575]  RSP <ffff880038fa3d40>
[  459.516576] CR2: 0000000000000000
[  459.516578] ---[ end trace 7c52cc8624b7ea60 ]---

下面簡單分析下oops信息的內容。微信公衆平臺

由BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at (null)知道出錯的緣由是使用了空指針。標紅的部分肯定了具體出錯的函數。Modules linked in: helloworld代表了引發oops問題的具體模塊。call trace列出了函數的調用信息。這些信息中其中標紅的部分是最有用的，咱們能夠根據其信息找到具體出錯的代碼行。下面就來講下，如何定位到具體出錯的代碼行。函數

第一步咱們須要使用objdump把編譯生成的bin文件反彙編，咱們這裏就是helloworld.o，以下命令把反彙編信息保存到err.txt文件中：oop

objdump helloworld.o -D > err.txt

err.txt內容以下：

helloworld.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

<span style="color:#ff0000;">0000000000000000 <init_module>:</span>
   0:	e8 00 00 00 00       	callq  5 <init_module+0x5>
   5:	55                   	push   %rbp
   6:	48 c7 c7 00 00 00 00 	mov    $0x0,%rdi
   d:	c7 04 25 00 00 00 00 	movl   $0x74736574,0x0
  14:	74 65 73 74 
  18:	31 c0                	xor    %eax,%eax
  1a:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
  1d:	e8 00 00 00 00       	callq  22 <init_module+0x22>
  22:	31 c0                	xor    %eax,%eax
  24:	5d                   	pop    %rbp
  25:	c3                   	retq   
  26:	66 2e 0f 1f 84 00 00 	nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
  2d:	00 00 00 

0000000000000030 <cleanup_module>:
  30:	e8 00 00 00 00       	callq  35 <cleanup_module+0x5>
  35:	55                   	push   %rbp
  36:	48 c7 c7 00 00 00 00 	mov    $0x0,%rdi
  3d:	31 c0                	xor    %eax,%eax
  3f:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
  42:	e8 00 00 00 00       	callq  47 <cleanup_module+0x17>
  47:	5d                   	pop    %rbp
  48:	c3                   	retq   

Disassembly of section .rodata.str1.1:

0000000000000000 <.rodata.str1.1>:
   0:	01 31                	add    %esi,(%rcx)
   2:	48                   	rex.W
   3:	65                   	gs
   4:	6c                   	insb   (%dx),%es:(%rdi)
   5:	6c                   	insb   (%dx),%es:(%rdi)
   6:	6f                   	outsl  %ds:(%rsi),(%dx)
   7:	2c 20                	sub    $0x20,%al
   9:	77 6f                	ja     7a <cleanup_module+0x4a>
   b:	72 6c                	jb     79 <cleanup_module+0x49>
   d:	64 0a 00             	or     %fs:(%rax),%al
  10:	01 31                	add    %esi,(%rcx)
  12:	47 6f                	rex.RXB outsl %ds:(%rsi),(%dx)
  14:	6f                   	outsl  %ds:(%rsi),(%dx)
  15:	64                   	fs
  16:	62                   	(bad)  
  17:	79 65                	jns    7e <cleanup_module+0x4e>
  19:	2c 20                	sub    $0x20,%al
  1b:	63 72 75             	movslq 0x75(%rdx),%esi
  1e:	65                   	gs
  1f:	6c                   	insb   (%dx),%es:(%rdi)
  20:	20 77 6f             	and    %dh,0x6f(%rdi)
  23:	72 6c                	jb     91 <cleanup_module+0x61>
  25:	64 0a 00             	or     %fs:(%rax),%al

Disassembly of section .modinfo:

0000000000000000 <__UNIQUE_ID_license0>:
   0:	6c                   	insb   (%dx),%es:(%rdi)
   1:	69 63 65 6e 73 65 3d 	imul   $0x3d65736e,0x65(%rbx),%esp
   8:	44 75 61             	rex.R jne 6c <cleanup_module+0x3c>
   b:	6c                   	insb   (%dx),%es:(%rdi)
   c:	20 42 53             	and    %al,0x53(%rdx)
   f:	44 2f                	rex.R (bad) 
  11:	47 50                	rex.RXB push %r8
  13:	4c                   	rex.WR
	...

Disassembly of section .comment:

0000000000000000 <.comment>:
   0:	00 47 43             	add    %al,0x43(%rdi)
   3:	43 3a 20             	rex.XB cmp (%r8),%spl
   6:	28 55 62             	sub    %dl,0x62(%rbp)
   9:	75 6e                	jne    79 <cleanup_module+0x49>
   b:	74 75                	je     82 <cleanup_module+0x52>
   d:	20 34 2e             	and    %dh,(%rsi,%rbp,1)
  10:	38 2e                	cmp    %ch,(%rsi)
  12:	32 2d 31 39 75 62    	xor    0x62753931(%rip),%ch        # 62753949 <cleanup_module+0x62753919>
  18:	75 6e                	jne    88 <cleanup_module+0x58>
  1a:	74 75                	je     91 <cleanup_module+0x61>
  1c:	31 29                	xor    %ebp,(%rcx)
  1e:	20 34 2e             	and    %dh,(%rsi,%rbp,1)
  21:	38 2e                	cmp    %ch,(%rsi)
  23:	32 00                	xor    (%rax),%al

Disassembly of section __mcount_loc:

0000000000000000 <__mcount_loc>:

由oops信息咱們知道出錯的地方是hello_init的地址偏移0xd。而有dump信息知道，hello_init的地址即init_module的地址，由於hello_init即本模塊的初始化入口，若是在其餘函數中出錯，dump信息中就會有相應符號的地址。由此咱們獲得出錯的地址是0xd，下一步咱們就可使用addr2line來定位具體的代碼行：

addr2line -C -f -e helloworld.o d

此命令就能夠獲得行號了。以上就是經過oops信息來定位驅動崩潰的行號。

其餘調試手段

以上就是經過oops信息來獲取具體的致使崩潰的代碼行，這種狀況都是用在遇到比較嚴重的錯誤致使內核掛掉的狀況下使用的，另外比較經常使用的調試手段就是使用printk來輸出打印信息。printk的使用方法相似printf，只是要注意一下打印級別，詳細介紹在linux設備驅動第二篇：構造和運行模塊中已有描述，另外須要注意的是大量使用printk會嚴重拖慢系統，因此使用過程當中也要注意。

以上兩種調試手段是我工做中最經常使用的，還有一些其餘的調試手段，例如使用/proc文件系統，使用trace等用戶空間程序，使用gdb，kgdb等，這些調試手段通常不太容易使用或者不太方便使用，因此這裏就不在介紹了。

介紹完驅動的調試方法後，下一篇會介紹下linux驅動的併發與競態，歡迎關注。

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