编者荐语：

推荐使用vscode来单步调试奔跑吧内核，在按F5单步之前，请先设置断点，例如在start_kernel函数设置断点，直接在源代码左侧点击左键即可。

以下文章来源于弹指码通，作者弹指神通

自博客平台:jackeyt.cn 原创技术分享，涵盖AI、端到端、边缘计算、ARM、嵌入式Linux、OpenCV、嵌入式端AI模型剪枝、量化

继上一篇介绍纯Win10下 VSCode搭建Linux Kernel单步调试IDE环境

本篇继续介绍在纯Ubuntu下用V SCode搭建Linux Kernel单步调试IDE环境

0.环境介绍

0.0 主机版本

主机：Ubuntu（其他任意Linux发行版、虚拟机、真机均可）

版本:18.04.4

编译器：aarch64-linux-gnu-gcc (gcc version 5.5.0)

调试器：主机：aarch64-linux-gnu-gdb (gcc version 5.5.0)

0.1 VS Code版本

版本: 1.46.1提交: cd9ea6488829f560dc949a8b2fb789f3cdc05f5d日期: 2020-06-17T21:13:08.304ZElectron: 7.3.1Chrome: 78.0.3904.130Node.js: 12.8.1V8: 7.8.279.23-electron.0OS: Linux x64 5.3.0-28-generic

1.准备工作

1.1、安装Ubuntu

下载安装Ubuntu，如本例中提到的：ubuntu18.04

1.2、安装VSCode

Ubuntu版的VSCode：下载地址

1.3、安装VSCode插件

在扩展里面添加即可

C/C++ (必选)
C/C++ Intellisense(可选)
C/C++ Snippets(可选)

Remote Development(必选三件套，微软官方出品)
Remote-WSL
Remote-SSH
Remote-Containers

设备树插件
Embedded Linux Dev
Kconfig(设备树插件依赖)

1.4、下载Linux内核代码

推荐下载：

git clone https://e.coding.net/benshushu/runninglinuxkernel_4.0.git -b rlk_basic

推荐理由：

1、4.0版本非常经典，适合学习
2、该代码仓库是书籍的配套代码，比较完善
3、该代码仓库已经配置好了各种比较烦杂的环境，如：qemu网络桥接、根文件系统、qemu共享文件夹等
4、最后强调：前期配套开发环境，不需要重复造轮子，纠结于小细节，先站在巨人肩上，整套流程熟悉之后，可以随时替换、修改这套环境

1.5、搭建Linux内核编译环境

Ubuntu18.04相关问题可直接百度查找

Linux环境：ubuntu18.04
Linux安装依赖包：

sudo apt-get install qemu libncurses5-dev libssl-dev build-essential openssl bison bc flex git

当然你可以使用如下命令来安装编译内核需要的所有依赖包。

sudo apt build-dep linux-image-generic

Linux环境安装编译链：

因为linux 内核版本原因，因为所用版本为4.0，所以需要5.x的gcc交叉链

一次性安装ARM32/64所用的交叉链

sudo apt install gcc-5-aarch64-linux-gnu gcc-5-arm-linux-gnueabihf

如果系统中已经有其他版本的gcc交叉链，可使用 update - alternatives进行管理,可以参考：

update-alternatives 命令的主要参数如下update-alternatives --install     link：指向/etc/alternatives/的符号引用 name：链接的名称 path：这个命令对应的可执行文件的实际路径 priority：优先级，在 auto 模式下，数字大的优先级比较高。

2.Ubuntu下VSCode搭建IDE

到这里我们已经完成了Ubuntu、VScode及其插件的安装，接下来可以使用VSCode进行编译、调试

2.1、使用VSCode打开内核源码

2.2、开始编译内核

其实该源码目录已经集成好编译、运行、调试所需要的脚本
该源码已经支持ARM32+debian或ARM64+debian，本例以为ARM64+Debian为例

在VSCode中按下 Ctrl +~即可调出系统终端，在终端中运行：

./ run_debian_arm64 . sh build_kernel

编译完成：

2.3、编译Rootfs

编译 ARM64 版本的Debian 系统 rootfs

$sudo ./ run_debian_arm64 . sh build_rootfs

注意：这里需要使用 root 权限。
编译完成后会生成一个 rootfs_debian_arm64 . ext4 的文件系统。

2.4、运行Rootfs

$ ./ run_debian_arm64 . sh run

注意：运行此命令不需要 root 权限。
注意：用户名：root 密码:123
成功运行之后，如下图所示：

成功登录之后，如下图所示：

2.5、测试Debian系统

因为是基于Debian系统，且网络等都是已经搭建好的，直接可以使用APT等命令进行安装在线包，以下为简单测试：

QEMU 虚拟机可以通过VirtIO-NET 技术来生成一个虚拟的网卡，并且通过 NAT网络桥接技术和主机进行网络共享。首先使用 ifconfig 命令来检查网络配置。可以看到生成了一个名为 eth0 的网卡设备，分配的 IP 地址为： 10.0 . 2.15。通过 apt update 命令来更新 Debian 系统的软件仓库。

2.6、主机和 QEMU 虚拟机之间共享文件

主机和 QEMU 虚拟机可以通过NET 9P 技术进行文件共享，这个需要 QEMU 虚拟机的 Linux 内核使能 NET9P 的内核模块。本平台已经支持主机和 QEMU 虚拟机的共享文件，可以通过如下简单方法来测试。

效果如下图所示：

在 kmodules 目录下面新建一个 test.c 文件。

我们在后续会经常利用这个特性，比如把编译好的内核模块或者内核模块源代码放入QEMU 虚拟机。

3. 一键单步调试内核

直到这一步，已经完成了基于WSL+VScode的环境搭建，这样就可以得到一个集终端、文件管理器、git管理器、运行调试等等等一体化的IDE环境了，这样就可以在纯WIN10下实现单步调试内核的目的了，非常方便。

3.1、配置内核调试命令

内核的编译调试命令已经全部打包进了脚本文件，感兴趣的童鞋可以去深入了解一下，这里以ARM64为例：

./ run_debian_arm64 . sh run debug

此时，gdbserver已经在1234端口等待连接！

3.2、配置VSCode Debug选项

选择：运行（R）-> 添加配置 -> C++（GDB/LDB）

如下动图所示：

添加如下配置信息：

{    // 使用 IntelliSense 了解相关属性。    // 悬停以查看现有属性的描述。    // 欲了解更多信息，请访问: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387    "version": "0.2.0",    "configurations": [        {            "name": "(gdb) 启动",            "type": "cppdbg",            "request": "launch",            "program": "${workspaceFolder}/vmlinux",            "args": [],            "stopAtEntry": true,            "cwd": "${workspaceFolder}",            "environment": [],             "externalConsole": true,// 调试时是否显示控制台窗口，一般设置为true显示控制台            "MIMode": "gdb",            "miDebuggerPath":"/usr/local/bin/aarch64-linux-gnu-gdb",            "miDebuggerServerAddress": "localhost:1234",            "setupCommands": [                {                    "description": "为 gdb 启用整齐打印",                    "text": "-enable-pretty-printing",                    "ignoreFailures": true                }            ]        }    ]}

注意: localhost是本地的IP也就是运行qemu的ubuntu的IP，哪个主机运行 ./ run_debian_arm64 . sh run debug就取该主机的IP，因为此时是同一台主机，所以就填 localhost
gdb路径："miDebuggerPath":"/usr/local/bin/aarch64-linux-gnu-gdb"
gdb监听端口："miDebuggerServerAddress": "localhost",1234与上一小节中的Listen端口一致！

3.3、一键调试

[笨叔] 在按F5键之前，请先设置断点，例如在start_kernel函数里设置断点，直接打开init/main.c文件在 start_kernel函数左侧点击鼠标左键，即可以设置断点。

经过3.1、3.2的配置已经实现了调试的前置条件，现只需按下F5键就可以实现一键调试了，如下图所示：

3.4、更多GDB调试技巧

在终端界面栏，切换至调试控制台;输入命令，如： - exec info registers，即可查看调试过中的的寄存器:

4.单步调试应用层+内核

经过前面0~3的铺垫，我们已经具备了以下三个条件：

1、完整的内核（编译环境、调试环）+完整的Rootfs 2、完整的qemu环境,包括：网络共享、桥接等，可以随时将主机的文件共享给qemu（本地的kmodules文件夹《---》虚拟机里面的mnt文件夹） 3、完整的GDB调试环境，可以实现内核单步调试

那么，针对以上条件，如果我们想要调试或者参考一个Linux应用程序如何访问到内核的，是否可以完成呢？答案是可以的！请看下面！

4.1 创建简单的APP程序

在 kmodules 文件夹里面新建一个 test . c内容如下：



#
include 



#
include 



#
include 



#
include 



#
include 



#
include 



#
include 







unsigned 
char readbuf[
255];


int count = 
0;



int 
main
(
void)

{

    
int fd ;

    
int retval;

    
printf(
"hello world!\n");

    fd = open(
"./README",O_RDONLY);

    
if ( fd == 
-1 )

    {

        perror( 
"open dht11 error\n" ) ;

        
exit( 
-1 ) ;

    }

    
printf( 
"open ./README\n" ) ;

    sleep( 
2 ) ;

    
while( 
1 )

    {

        sleep( 
1 ) ;

        
if(count++ == 
0)

        {

            
printf(
"count=%d\n",count);

        }

    }

    close( fd ) ;

    
return 
0;

}

4.2 编译&调试

输入编译命令：

aarch64 - inux - gnu - gcc test . c - o test

即可在kmodules文件夹下面得到一个新的test应用程序。

接着，按第三节做法进入可单步调试内核的环境。

整体演示效果如下图所示，只是简单的演示，实现从应用层到内核层的调用过程，更深的应用可以继续发掘。

5.单步调试modules+内核

5.1、简单测试代码准备

在主机 kmodules 文件夹下新建一个简单的内核模块程序 hello_drv . c及对应的Makefile文件

内核模块程序 hello_drv . c内容示例：



/*


* 1  include files


* 2 __init  module_init()   insmod


* 3 __exit module_exit()   rmmod


* 4 GPL BSD Aeplli GPLv2 MIT 


* 5 module_license(GPL)


*/


#
include 



#
include 



#
include 



#
include 







#
include 



#
include 







#
include 












struct 
class *
hello_class;



struct 
device * 
hello_dev;







int 
hello_open
(struct inode *inode, struct file *flips)

{

  printk(
"--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);

  
return 
0;

}







static ssize_t 
hello_write
(struct file *file, 
const 
char __user *in,

         
size_t size, 
loff_t *off)

{

  printk(
"--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);

  
unsigned 
int buf = 
88;

  copy_from_user(&buf, in ,size );

  printk(
"write buf is : %d\n",buf);
 

}







static ssize_t 
hello_read
(struct file *file, 
char __user *buf,

        
size_t nbytes, 
loff_t *ppos)

{
 

  printk(
"--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);

  
unsigned 
int a = 
100;

  copy_to_user(buf,&a,
sizeof(
int));









}






static 
int my_major = 
0;


const 

struct 
file_operations 
myfops={





  .open = hello_open,

  .write=  hello_write,

  .read = hello_read,

};










static 
int __
init 
hello_init
(
void)

{

  printk(
"--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);
//app printf
 

  my_major = register_chrdev(
0,
"hello",&myfops);

  
if(my_major <
0)

  {

    printk(
"reg error!\n");

  }

  
else 

    printk(
"my_major =%d",my_major);





  hello_class = class_create(THIS_MODULE,
"hello_class");
//creat hello_class

  hello_dev = device_create(hello_class, 
NULL,MKDEV(my_major,
0), 
NULL, \

              
"hello_dev");
//creat hello_dev--->>/dev/hello_dev

  
return 
0;

}










static 
void __

exit 
hello_exit
(
void)

{

  printk(
"--------------%s--------------\n",__FUNCTION__);





  device_destroy(hello_class,MKDEV(my_major,
0));





  class_destroy(hello_class);
 

  unregister_chrdev(my_major,
"hello");

}





module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE(
"GPL");

内核模块程序 Makefile内容示例：



ifeq (
$(KERNELRELEASE),)






export ARCH=arm64


export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-





KERNELDIR=/home/jackeyt/runninglinuxkernel_4.0-rlk_basic 
#your kernel dirction

NFS_DIR=
$(KERNELDIR)/kmodules





CUR_DIR := 
$(
shell pwd)





all :

  make -C  
$(KERNELDIR) M=
$(CUR_DIR) modules
 


install:

  cp -ranf *.ko   
$(NFS_DIR)/





clean :

  make -C  
$(KERNELDIR) M=
$(CUR_DIR) clean







.PHONY: modules install  clean






else

obj-m := hello_drv.o


endif

编译
注意，这里的编译应该是在主机环境下，即Ubuntu的命令行中：

make

5.2、开始调试

我们知道当使用 insmod时，会调用对应的 __init接口，而在本例中， hello_init就为入口函数，因此简单测试一下，在内核中找到 register_chrdev对应的接口定义，并打好断点，待 insmod执行之后，观察内核的运行过程。

在内核中打上相应断点：

演示效果动图：

[首发][Ubuntu]VSCode搭建Linux Kernel单步调试IDE环境