Linux内核调试机制源代码分析

Linux内核的等待队列

1 Linux内核的等待队列

Linux内核的等待队列是以双循环链表为基础数据结构，与进程调度机制紧密结合，能够用于实现核心的异步事件通知机制。在Linux2.4.21中，等待队列在源代码树include/linux/wait.h中，这是一个通过list_head连接的典型双循环链表，如下图所示。

在这个链表中，有两种数据结构：等待队列头（wait_queue_head_t）和等待队列项（wait_queue_t）。等待队列头和等待队列项中都包含一个list_head类型的域作为"连接件"。由于我们只需要对队列进行添加和删除操作，并不会修改其中的对象（等待队列项），因此，我们只需要提供一把保护整个基础设施和所有对象的锁，这把锁保存在等待队列头中，为wq_lock_t类型。在实现中，可以支持读写锁（rwlock）或自旋锁（spinlock）两种类型，通过一个宏定义来切换。如果使用读写锁，将wq_lock_t定义为rwlock_t类型；如果是自旋锁，将wq_lock_t定义为spinlock_t类型。无论哪种情况，分别相应设置wq_read_lock、wq_read_unlock、wq_read_lock_irqsave、wq_read_unlock_irqrestore、wq_write_lock_irq、wq_write_unlock、wq_write_lock_irqsave和wq_write_unlock_irqrestore等宏。

等待队列头

struct __wait_queue_head {

wq_lock_t lock;

struct list_head task_list;

};

typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

前面已经说过，等待队列的主体是进程，这反映在每个等待队列项中，是一个任务结构指针（struct task_struct * task）。flags为该进程的等待标志，当前只支持互斥。

Linux下core文件的分析

浅析Linux下core文件

当我们的程序崩溃时，内核有可能把该程序当前内存映射到core文件里，方便

程序员找到程序出现问题的地方。最常出现的，几乎所有C程序员都出现过的错

误就是“段错误”了。也是最难查出问题原因的一个错误。下面我们就针对“段

错误”来分析core文件的产生、以及我们如何利用core文件找到出现崩溃的地

方。

何谓core文件

当一个程序崩溃时，在进程当前工作目录的core文件中复制了该进程的存储

图像。core文件仅仅是一个内存映象(同时加上调试信息)，主要是用来调试的。

当程序接收到以下UNIX信号会产生core文件：名字说明 ANSI C

POSIX.1 SVR4 4.3+BSD 缺省动作

SIGABRT 异常终止(abort) . . . . 终止w/core

SIGBUS 硬件故障 . . . 终止w/core

SIGEMT 硬件故障 . . 终止w/core

SIGFPE 算术异常 . . . . 终止w/core

SIGILL 非法硬件指令 . . . . 终止w/core

SIGIOT 硬件故障 . . 终止w/core

SIGQUIT 终端退出符 . . . 终止w/core SIGSEGV 无效存储访问 . . . . 终止w/core

SIGSYS 无效系统调用 . . 终止w/core

SIGTRAP 硬件故障 . . 终止w/core

SIGXCPU 超过CPU限制(setrlimit) . . 终止w/core

SIGXFSZ 超过文件长度限制(setrlimit) . . 终止w/core

在系统默认动作列，“终止w/core”表示在进程当前工作目录的core文件中

复制了该进程的存储图像（该文件名为core，由此可以看出这种功能很久之前就

是UNIX功能的一部分）。大多数UNIX调试程序都使用core文件以检查进程在终

止时的状态。

core文件的产生不是POSIX.1所属部分,而是很多UNIX版本的实现特征。UNIX第

linux backtrace机制 -回复

Linux Backtrace机制是一种用于调试和诊断操作系统内核和用户空间程序的技术。它允许开发人员追踪程序执行期间的函数调用堆栈，从而帮助定位和分析潜在的错误和异常。本文将一步一步地介绍Linux Backtrace的原理、使用方法和实际应用。

首先，我们来了解一下Backtrace的概念。Backtrace是指在程序运行时记录下函数的调用堆栈信息。当程序发生错误或异常时，通过查看堆栈信息，可以得知程序执行到此处时，经过了哪些函数调用。这对于程序员来说是非常有用的，因为它可以帮助他们理解程序的执行流程，从而更好地排查和修复错误。

Backtrace主要可以分为两种类型：用户空间的Backtrace和内核空间的Backtrace。用户空间的Backtrace用于跟踪用户空间程序的函数调用堆栈，而内核空间的Backtrace则用于跟踪内核模块或驱动程序的函数调用堆栈。本文将重点讨论用户空间的Backtrace机制。

在Linux系统中，我们可以使用一些工具和函数来实现Backtrace。其中最常用的是GNU glibc库提供的backtrace()函数和backtrace_symbols()函数。backtrace()函数用于获取当前线程的函数调用堆栈，并将其保存在一个指定大小的堆栈帧数组中。backtrace_symbols()函数则用于将堆栈帧数组的内容转化为可读的字符串形式，以供打印和分析。

接下来，我们来看一下使用Backtrace的步骤。

第一步是引入相关的头文件。在使用Backtrace时，我们需要包含头文件。

第二步是调用backtrace()函数。backtrace()函数接受一个void参数和一个整数参数。第一个参数是一个指针数组，用于保存函数调用堆栈的地址，第二个参数是一个整数，用于指定保存的最大帧数。backtrace()函数会根据参数指定的帧数，将函数调用堆栈的地址保存在指针数组中。

操作系统课内报告内核编译、系统调用和进程同步通信

西安交通大学

操作系统课内实验报告

________________________________________________________________________________________

班级：电信硕01

学号：10058007

姓名：樊斌

2013/5/31

操作系统课内实验报告

2

1内核编译与系统调用 .......................................................................................................... 2

1.1实验目的............................................................................................................................. 2

1.2实验内容............................................................................................................................. 2

1.3实验思想（或流程图） .................................................................................................... 2

1.4实验步骤 ............................................................................................................................ 2

1.5测试数据设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5

基于arm的嵌入式Linux内核调试技术

第２８卷　

Ｖｏｌ＿２８　第１０期　

ＮＯ．１０　计算机工程与设计　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　２００７年５月　

Ｍａｙ　２００７　

基于ａｒｍ的嵌入式Ｌｉｎｕｘ内核调试技术　

胡贯荣，　胡元慧　

（华中科技大学计算机学院，湖北武汉４３００７４）　

摘　要：嵌入式Ｌｉｎｕｘ的开发和应用越来越广泛，其中一个重要环节就是Ｌｉｎｕｘ内核的调试。　ｄｂ是一种插桩式、纯软件的嵌　

入式Ｌｉｎｕｘ的内核调试工具，主要应用于ｉ３８６体系结构中。分析了　ｄｂ的原理和它的实现过程，并在目前使用比较广泛的　

ａｎｌｌ板上对　ｄｂ进行了移植，主要包括串口驱动，陷阱处理和调试命令的移植３个部分。　关键词：嵌入式Ｌｉｎｕｘ；内核调试；内核源代码级调试器；插桩；陷阱处理；移植　中图法分类号：ＴＰ３６８．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．７０２４（２００７）１０．２３９２．０３　

Ｋｅｒｎｅｌ—ｄｅｂｕｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｒｍ　

ＨＵ　Ｇｕａｎ—ｒｏｎｇ．ＨＵ　Ｙｕａｎ—ｈｕｉ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ　ｂｅｃｏｍｅ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｐｏｐｕｌａｒ，ａｎｄ　ｏｎｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔａｃｈｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　

ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｋｅｒｎｅｌ－ｄｅｂｕｇ．Ｔｈｅ　ｋｇｄｂ　ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｓｔｕｂ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａ　ｓｏＲｗａｒｅ　Ｌｉｎｕｘ　ｋｅｒｎｅｌ－ｄｅｂｕｇ　ｔｏｏｌ　ａｎｄ　ｉｓ　ｍｏｓｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉ３８６　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．Ｋｇｄｂ。Ｓ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ；ａｎｄ　ｋｇｄｂ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｒｍ　ｂｏｒａｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｎｏｗｄａｙｓ，　

内核卡死调试方法-概述说明以及解释

1.引言

1.1 概述

内核卡死是指操作系统的内核无法继续执行下去，在特定的情景下，系统停止响应并无法正常运行。这可能会导致系统崩溃、程序无法执行或者无法正常操作。内核卡死调试方法是帮助我们解决这类问题的一种重要工具。

在本文中，我们将讨论内核卡死调试的方法和技巧，帮助读者更好地定位和解决内核卡死的问题。首先，我们将介绍内核卡死的原因，包括硬件故障、软件错误和不兼容性等。然后，我们将探讨内核卡死的常见表现，例如系统停止响应、屏幕冻结和错误信息等。

接着，我们将强调内核卡死调试的重要性。内核卡死不仅会影响系统的稳定性和性能，还可能导致数据丢失和未完成的任务。因此，在及时发现和解决内核卡死问题的同时，可以提高系统的可靠性和用户的体验。

最后，我们将总结内核卡死调试的方法和技巧。这些方法包括使用系统日志和调试工具来分析和追踪系统状态，以及查找和修复可能的错误。我们还将介绍一些常用的内核卡死调试工具和技术，如调试模式和堆栈跟踪。

通过本文的阅读，读者将能够更好地理解内核卡死调试的重要性和方法，使其能够快速解决内核卡死的问题，并提高系统的稳定性和可靠性。

1.2 文章结构

文章结构是指对文章主要内容进行整体的组织和安排，以便读者能够清晰地了解文章的层次结构和脉络。在讲述内核卡死调试方法的长文中，文章结构应该包括以下几个主要部分：

1. 引言：在引言部分，我们将对内核卡死调试方法的重要性和必要性进行概述。解释为什么需要调试内核卡死问题，以及通过本文能够掌握哪些相关的调试方法。

2. 内核卡死的原因：该部分将详细介绍导致内核卡死的各种原因，如硬件故障、软件错误、驱动冲突等。通过对这些原因的分析，读者能够更好地理解内核卡死的根本问题。

3. 内核卡死的常见表现：在这一部分，我们将列举内核卡死的一些常见表现，如系统崩溃、黑屏、任务无响应等。通过对这些表现的描述，读者能够判断出系统是否卡死，并能更好地定位具体问题。

petalinux(二)开启petalinux内核调试模式

petalinux(二）开启petalinux内核调试模式

描述

要调试基于Xilinx SDK的Linux内核模块，必须使能 KERNEL_DEBUG_INFO和KERNEL_DEBUGGING。这篇博文全面记录了在Petalinux中是如何处理的。

解决方案

获得基于调试模式的petalinux，需要一些特定的配置设定，

有一些特定的配置需要设置为了获取PetaLinux基于内核调试工作。

完整的配置步骤请参考帮助文件:

SDK Help Xilinx Software Development Kit (SDK) User Guide Working with Xilinx

System Debugger System Debugger Supported Design Flows Attach and Debug using

Xilinx System Debugger.

下面是配置基于PetaLinux的Linux内核调试模式所涉及到的步骤:

1)创建一个Zynq Vivado和导出模板项目硬件SDK。

2)创建一个Linux应用程序在SDK Hello World示例并关闭SDK项目，继续Petalinux项目下一步。

3)与下面的命令创建一个petalinux项目:petalinux-create --type project --template --name

4)到petalinux项目目录下，并运行以下命令:petalinux-config --get-hw-descripTIon=

指定hw-descripTIon的目录，目录中包含hdf文件( project_name 的。sdk目录在您之前创建Vivado项目)。

5)如图2所示，到达Linux Components SelecTIon --- and then to kernel (xlnx-4.0)项，选择remote 选项:

Linux内核抢占的实现机制分析

第２８卷第３期　２００８年６月　惠州学院学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＵＩＺＨＯＵ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖ０ｌ＿２８．Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２００８　

Ｌｉｎｕｘ内核抢占的实现机制分析　

曾树洪　一，刘卫国　

（１．中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４１００８３；　２．惠州学院计算机科学系，广东惠州５１６０１５）　

摘要：早期的Ｌｉｎｕｘ内核是不可抢占的，在Ｌｉｎｕｘ对ＳＭＰ多处理器系统支持的基础上，ｌｉｎｕｘ内核２．６版支持　内核抢占。本文以Ｌｉｎｕｘ　２．６．１１版本内核为基础，深入地分析了Ｌｉｎｕｘ可抢占内核的实现原理。　关键词：Ｌｉｎｕｘ系统；实时；可抢占；ＳＭＰ　中图分类号：ＴＶ３９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—５９３４（２００８）０３—００５６—０４　

１　引言　

随着计算机技术和信息化技术的发展，信息家电、手持设备、无线设备等个性化设备的出现，嵌人式系统成为　了现在研究的热点。Ｌｉｎｕｘ以其开放源码、功能强大以及广泛支持等优点而广泛应用于嵌入式系统。嵌人式系统　

往往对实时性能要求比较高，运用在嵌入式系统中的Ｌｉｎｕｘ系统必须具有很好的实时响应性能。“实时”不仅要　求逻辑结果正确，而且还有时间要求，一个实时任务应当在限定的时间内完成…。　

影响Ｌｉｎｕｘ实时性能的因素有很多，中断处理机制、定时器的时钟精度、内核是否可被抢占、实时任务调度机　

制和调度算法等，我们只有很好的理解了Ｌｉｎｕｘ在这些方面的处理机制，才能对内核代码进行改进使其应用于具　体的实时系统中。因此，分析研究Ｌｉｎｕｘ内核抢占的实现机制是非常重要的。　

２　Ｌｉｎｕｘ的内核抢占机制　

早期的ＬＩＮＵＸ内核是不可抢占。当进程处在用户态时，不论内核是不是抢占的，在适当的时候都可能发生进　

程切换，比如有更高优先级的任务被唤醒时，但是当一个进程处于内核态，除非它自愿放弃ＣＰＵ，否则将一直占用　ＣＰＵ，直到完成或退出内核。为了分析内核不可抢占时进程的切换过程，假设当前系统中只有两个进程Ａ和Ｂ，图　

Linux2.6内核设备模型分析

第２　０　０　７翔３期　年月　计算机技术与发展　Ｃ０ＭＰ【，１’ＥＲ　ＴＦ　ＨＮ（）１　（＝）（　Ｙ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮ＇Ｉ’　Ｖ（）ｊ．１７　Ｎｏ．３　Ｍａｌ・

．　２００７　

Ｌｉｎｕｘ　２．６内核设备模型分析　

李正平，徐超，陈军宁，代广珍　

（安徽大学电子科学与技术学院，安徽合肥ｊＯＯａ９）　

摘要－Ｌ．ｍｕｘ　２．６内核提供了统一的内核设备模型．能够更好地支持智能电源管理、热拔插和ｐｎｐ．具有优良的适应性。　基于Ｌｉｎｕｘ　２，６．１０内核源代码，介绍了２．６内核中的设备模型．详细分析了构成设备模型的主要数据结构和组件，重点分　

析了内核对象机制的基本原理以及构建在内核对象机制上的设备模型组件。　

关键词：Ｌｉｎｕｘ　２．６内核；设备模型；ｋｏｈｊｅｃｔ　中图分类号：ＴＰ３１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—６２９Ｘ（２００７）０３～０１４１—０３　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｉｎｕｘ　２．６　Ｋｅｒｎｅｌ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｍｏｄｅｌ　

ＬＩ　Ｚｈｅｎｇ—ｐｉｎｇ，ＸＵ　Ｃｈａｏ，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ—ｎｉｎｇ，ＤＡＩ　Ｇｕａｎｇ—ｚｈｅｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｎｕｘ　２．６　ｋｅｒｎｅｌ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｕｎｉｆｉｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｒｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｈｏｔ—ｐｌｕｇ　ａｎｄ　ｐｎｐ　ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｃｏｄｅｏｆＬｉｎｕｘ　ｋｅｒｎｅｌ　ｖｅｒ２．６．１０。ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｉｃｅｍ。ｄｅ１ｏｆＬｉｎｕｘ　２．６　ｋｅｒｎｅｌ，ａｎａｌｙｚｅｓｍａｉｎ　

KDB 入门指南

调试内核问题时，能够跟踪内核执行情况并查看其内存和数据结构是非常有用的。Linux 中的内置内核调试器 KDB 提供了这种功能。在本文中您将了解如何使用 KDB 所提供的功能，以及如何在

Linux 机器上安装和设置 KDB。您还将熟悉 KDB 中可以使用的命令以及设置和显示选项。

Linux 内核调试器（KDB）允许您调试 Linux 内核。这个恰如其名的工具实质上是内核代码的补丁，它允许高手访问内核内存和数据结构。KDB 的主要优点之一就是它不需要用另一台机器进行调试：您可以调试正在运行的内核。

设置一台用于 KDB 的机器需要花费一些工作，因为需要给内核打补丁并进行重新编译。KDB 的用户应当熟悉 Linux 内核的编译（在一定程度上还要熟悉内核内部机理），但是如果您需要编译内核方面的帮助，请参阅本文结尾处的参考资料一节。

在本文中，我们将从有关下载 KDB 补丁、打补丁、（重新）编译内核以及启动 KDB 方面的信息着手。然后我们将了解 KDB 命令并研究一些较常用的命令。最后，我们将研究一下有关设置和显示选项方面的一些详细信息。

入门

KDB 项目是由 Silicon Graphics 维护的（请参阅参考资料以获取链接），您需要从它的 FTP 站点下载与内核版本有关的补丁。（在编写本文时）可用的最新 KDB 版本是 4.2。您将需要下载并应用两个补丁。一个是“公共的”补丁，包含了对通用内核代码的更改，另一个是特定于体系结构的补丁。补丁可作为 bz2 文件获取。例如，在运行 2.4.20 内核的 x86 机器上，您会需要

kdb-v4.2-2.4.20-common-1.bz2 和 kdb-v4.2-2.4.20-i386-1.bz2。

这里所提供的所有示例都是针对 i386 体系结构和 2.4.20 内核的。您将需要根据您的机器和内核版本进行适当的更改。您还需要拥有 root 许可权以执行这些操作。