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

Posted 2022-02-09 奔跑吧Linux社区

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

​弹指码通.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VSCode搭建Linux Kernel单步调试IDE环境

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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: 2020-06-17T21:13:08.304Z
Electron: 7.3.1
Chrome: 78.0.3904.130
Node.js: 12.8.1
V8: 7.8.279.23-electron.0
OS: 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> <name> <path> <priority> 
link：指向/etc/alternatives/<name>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NET9P 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。

• 共享目录为:kmodules
• 系统目录为:mnt

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：​​-execinfo 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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>


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 <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>


#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>


#include <linux/device.h>




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：