QEMU调试Linux内核环境搭建

一个最小可运行Linux操作系统需要内核镜像bzImage和rootfs;本文整理了其制作、安装过程;调试命令;以及如何添加共享磁盘。

编译内核源码

从 The Linux Kernel Archives 网站下载内核源码;本文下载的版本为4.14.191;4.14.191源码下载。

使用wget获取源码。

wget  https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.191.tar.gz

解压源码;

tar -xvf linux-4.14.191.tar.gz

解压后进入源码根目录linux-4.14.191;指定编译的架构;依次执行下面的命令;打开配置菜单。

1cd linux-4.14.191
2
3export ARCH=x86
4
5make x86_64_defconfig
6
7make menuconfig

在配置菜单中;启用内核debug;关闭地址随机化;不然断点处无法停止。

1Kernel hacking  ---> 
2    [*] Kernel debugging
3    Compile-time checks and compiler options  --->
4        [*] Compile the kernel with debug info
5        [*]   Provide GDB scripts for kernel debuggin
6
7
8Processor type and features ---->
9    [] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

开始编译内核;-j 指定并行编译作业数。最终生成
linux-4.14.191/arch/x86_64/boot/bzImage文件。

1make -j 20

内核编译完成。

内核资料直通车;最新Linux内核源码资料文档;视频资料https://link.zhihu.com/?target=https%3A//docs.QQ.com/doc/DTmFTc29xUGDNSnZ2

内核学习直通车;Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈https://link.zhihu.com/?target=https%3A//ke.qq.com/course/4032547%3FflowToken%3D1040236

配置Busybox

启动内核还需要一个具有根文件系统的磁盘镜像文件;根文件系统中提供可供交互的shell程序以及一些常用工具命令。

我们借助busybox工具来制作根文件系统。

本文使用1.32.0版本;下载busybox。

解压;

tar -jxvf busybox-1.32.0.tar.bz2

进入busybox根目录;配置编译选项。

1cd busybox-1.32.0
2make menuconfig

把busybox配置为静态编译。

1 Settings  --->
2 [*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs)

配置如下图所示。

制作rootfs

接下来制作rootfs镜像文件;并把busybox安装到其中。

使用dd命令创建文件;并格式化为ext4文件系统。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0$ dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1M count=10
2
3szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0$ mkfs.ext4 rootfs.img

创建用于挂载该镜像文件的目录fs;挂载后才能往里面写入busybox。
使用mount命令将rootfs.img挂载到fs目录;编译busybox并写入fs目录中。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~$ mkdir fs
2
3szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0$ sudo mount -t ext4 -o loop rootfs.img ./fs
4
5szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0$ sudo make install CONFIG_PREFIX=./fs

接下来对写入的busybox进行补充配置。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0/fs$ sudo mkdir proc dev etc home mnt
2
3szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0/fs$ sudo cp -r ../examples/bootfloppy/etc/* etc/
4
5szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0$ sudo chmod -R 777 fs/

制作完成的rootfs目录如下;

最后;卸载rootfs.img

1szp;r420-PowerEdge-R420:~/busybox-1.32.0$ sudo umount fs

至此;一个带有rootfs的磁盘镜像制作完成。

启动qemu

使用如下命令启动无GUI的qemu;参数含义如下;

-kernel # 指定编译好的内核镜像
-hda # 指定硬盘
-append ;root=/dev/sda; 指示根文件系统 console=ttyS0 把QEMU的输入输出定向到当前终端上
-nographic 不使用图形输出窗口
-s 是-gdb tcp::1234缩写;监听1234端口;在GDB中可以通过target remote localhost:1234连接

1qemu-system-x86_64 -kernel ./linux-4.14.191/arch/x86_64/boot/bzImage  -hda ./busybox-1.32.0/rootfs.img  -append ;root=/dev/sda console=ttyS0; -nographic

启动后如下图;

Ctrl;A 松开后按C退出qemu。

内核函数调试

启动命令中添加-s参数与-S参数启动qemu。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~$ qemu-system-x86_64 -kernel ~/linux-4.14.191/arch/x86_64/boot/bzImage  -hda ~/busybox-1.32.0/rootfs.img  -append ;root=/dev/sda console=ttyS0; -s -S  -smp 1 -nographic

启动gdb远程调试。vmlinux文件在编译后的内核源码根目录下。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~$ gdb ./linux-4.14.191/vmlinux 
2
3(gdb) target remote localhost:1234

在new_sync_read函数添加断点;continue。

在系统中执行ls命令;触发new_sync_read函数;

至此;完成了qemu环境下使用gdb进行内核函数的调试。

添加共享磁盘

有时候需要在宿主机和qemu虚拟机之间共享文件;添加一个共享磁盘将有助于该项工作。

创建64MB磁盘镜像文件;并格式化为ext4;作为共享磁盘备用。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~/shadisk$ dd if=/dev/zero of=ext4.img bs=512 count=131072
2
3szp;r420-PowerEdge-R420:~/shadisk$ mkfs.ext4 ext4.img

修改qemu启动命令;使用-hdb增加一个磁盘。

1qemu-system-x86_64 -kernel ~/linux-4.14.191/arch/x86_64/boot/bzImage  -hda ~/busybox-1.32.0/rootfs.img  -append ;root=/dev/sda console=ttyS0; -s  -smp 1 -nographic -hdb ~/shadisk/ext4.img

进入qemu系统后使用mount命令挂载sdb到mnt目录。

在原系统中挂载ext4.img;实现qemu与原系统的文件共享。

1szp;r420-PowerEdge-R420:~/shadisk$ sudo mount -t ext4 -o loop ext4.img ./share

至此;可以在宿主机器share目录下;与qemu中的虚拟机器进行文件共享。