徐术挺-漫思录

appendixA-debugging

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附录A：调试大全

1. GDB调试

基本用法

# 启动QEMU调试模式（冻结CPU等待GDB连接）
qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -s -S
 
# 另一个终端连接GDB
gdb -ex "target remote localhost:1234" -ex "set architecture i386"

常用GDB命令

命令说明
b *0x7c00在bootloader入口设断点
b *0x1000在内核入口设断点
c继续执行
si单步执行一条指令
ni步过（不进入函数）
info registers查看所有寄存器
p/x $eax打印EAX（十六进制）
x/16x 0x7c00查看内存（16个32位值）
x/10i $eip反汇编EIP处10条指令
watch *0x1234数据断点（内存写入时停下）
bt查看调用栈

实用脚本

创建 .gdbinit 文件：

target remote localhost:1234
set architecture i386
b *0x7c00
b *0x1000
layout asm

调试内核C代码

编译时加 -g 标志，使用ELF格式辅助文件：

# 生成带调试信息的ELF
gcc -m32 -g -ffreestanding -c kernel.c -o kernel.o
ld -m elf_i386 -T linker.ld -o kernel.elf kernel.o  # ELF格式（调试用）
 
# 在GDB中加载符号
(gdb) symbol-file kernel.elf
(gdb) b kernel_main

2. QEMU调试功能

常用QEMU选项

# 输出中断日志
qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -d int
 
# 输出CPU重置事件
qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -d int,cpu_reset -no-reboot
 
# 输出到文件
qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -d int -D qemu.log
 
# 显示页表信息
qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -d mmu
 
# 所有调试信息
qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -d all -D qemu.log

QEMU Monitor

在QEMU运行时按 Ctrl+Alt+2 进入Monitor：

(qemu) info registers    # 查看CPU寄存器
(qemu) info mem          # 查看内存映射
(qemu) info tlb          # 查看TLB
(qemu) info pic          # 查看PIC状态
(qemu) info irq          # 查看IRQ统计
(qemu) xp /16x 0x7c00   # 查看物理内存
(qemu) gpa2hva 0x1000    # 物理到虚拟地址转换

3. 串口调试

配置QEMU串口输出

qemu-system-x86_64 -fda os-image.bin -serial stdio

内核串口输出

#define SERIAL_PORT 0x3F8
 
void serial_init(void) {
    outb(SERIAL_PORT + 1, 0x00);  // 关闭中断
    outb(SERIAL_PORT + 3, 0x80);  // DLAB
    outb(SERIAL_PORT + 0, 0x03);  // 38400 baud
    outb(SERIAL_PORT + 1, 0x00);
    outb(SERIAL_PORT + 3, 0x03);  // 8位, 无校验, 1停止位
    outb(SERIAL_PORT + 2, 0xC7);  // FIFO
    outb(SERIAL_PORT + 4, 0x0B);  // 启用
}
 
void serial_write(char c) {
    while (!(inb(SERIAL_PORT + 5) & 0x20));
    outb(SERIAL_PORT, c);
}
 
void serial_puts(const char *str) {
    while (*str) serial_write(*str++);
}

4. 常用调试技巧

幻数标记

在关键结构中使用幻数验证完整性：

#define PCB_MAGIC 0xDEAD1234
 
typedef struct process {
    uint32_t magic;  // = PCB_MAGIC
    // ... 其他字段
} process_t;
 
// 检查
assert(proc->magic == PCB_MAGIC);

内核panic

void kernel_panic(const char *msg, const char *file, int line) {
    __asm__ volatile("cli");  // 关中断
    screen_set_color(VGA_COLOR_WHITE, VGA_COLOR_RED);
    screen_printf("\n*** KERNEL PANIC ***\n%s\nat %s:%d\n", msg, file, line);
    while (1) __asm__ volatile("hlt");
}
 
#define PANIC(msg) kernel_panic(msg, __FILE__, __LINE__)

栈溢出检测

在栈底部放置金丝雀值：

#define STACK_CANARY 0xCAFEBABE
 
uint32_t *canary = (uint32_t *)stack_bottom;
*canary = STACK_CANARY;
 
// 定期检查
if (*canary != STACK_CANARY) {
    PANIC("Stack overflow detected!");
}

5. 常见调试命令速查

# 十六进制查看二进制文件
xxd os-image.bin | head -20
 
# 反汇编二进制
ndisasm -b 16 boot.bin | head -30       # 16位
ndisasm -b 32 kernel.bin | head -30     # 32位
 
# objdump（ELF格式）
objdump -d kernel.elf | less
 
# 查看ELF节信息
readelf -S kernel.elf
 
# 查看符号表
nm kernel.elf