linux-0.11调试¶
本文档介绍如何在debian9上调试Linux 0.11内核。
os 环境¶
root@debian:/home/wujing/code# cat /etc/os-release
PRETTY_NAME="Debian GNU/Linux 9 (stretch)"
NAME="Debian GNU/Linux"
VERSION_ID="9"
VERSION="9 (stretch)"
VERSION_CODENAME=stretch
ID=debian
HOME_URL="https://www.debian.org/"
SUPPORT_URL="https://www.debian.org/support"
BUG_REPORT_URL="https://bugs.debian.org/"
内核环境¶
将内核版本替换成linux主线v4.4.161:
git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux-stable.git
git checkout -b v4.4.161 v4.4.161
apt build-dep linux
cp ~/Downloads/deb/ubuntu/16.04/linux-image-4.4.160-0404160-generic/boot/config-4.4.160-0404160-generic .config
make menuconfig
# load .config
make bindeb-pkg -j10 2> make_error.log
sudo apt install ../*.deb
直接用4.9内核也可以，这里是为方便调试qemu-2.8.1，将内核版本替换成4.4.161。
linux-0.11源码下载¶
安装编译依赖¶
linux-0.11编译¶
开始调试¶
在debian9图形化界面中打开终端，进入Linux-0.11目录，执行以下命令启动qemu：
另起一个终端（这个终端可以是ssh到debian9上的），进入Linux-0.11目录，执行以下命令启动gdb：
16 位实模式¶
调试引导阶段（16位实模式）。
检查当前 GDB 架构设置:
- i8086 → 调试器按 16 位实模式解析
- i386 → 调试器按 32 位保护模式解析
当前gdb中架构位32位模式，但是调试引导阶段需要是16位实模式。
在gdb中输入以下命令进入16位实模式：
- set architecture i8086 是 GDB（GNU 调试器）中的一个命令，用于 设置当前调试目标的 CPU 架构为 Intel 8086。这个命令在调试 实模式（Real Mode） 程序（如 BIOS 引导扇区、MBR 或早期操作系统内核）时特别有用。
(gdb) info registers
eax 0xaa55 43605
ecx 0x0 0
edx 0x0 0
ebx 0x0 0
esp 0x6f04 0x6f04 <interruptible_sleep_on+82>
ebp 0x0 0x0 <startup_32>
esi 0x0 0
edi 0x0 0
eip 0x7c00 0x7c00 <do_segment_not_present+10>
eflags 0x202 [ IF ]
cs 0x0 0
ss 0x0 0
ds 0x0 0
es 0x0 0
fs 0x0 0
gs 0x0 0
汇编风格¶
(gdb) set disassembly-flavor att # 设置反汇编风格为 AT&T
(gdb) set disassembly-flavor intel # 设置反汇编风格为 Intel
- set disassembly-flavor intel 和 set disassembly-flavor att 是 GDB 中的命令，用于设置反汇编输出的语法风格。Intel 和 AT&T 是两种不同的汇编语言语法风格，分别由 Intel 和 AT&T 公司定义。选择其中一种风格可以使反汇编代码更易于阅读和理解。
(gdb) set disassembly-flavor att
(gdb) x/16i 0x7c00
=> 0x7c00 <do_segment_not_present+10>: ljmp $0x7c0,$0x5
0x7c05 <do_segment_not_present+15>: mov $0x7c0,%ax
0x7c08 <do_segment_not_present+18>: mov %ax,%ds
0x7c0a <do_segment_not_present+20>: mov $0x9000,%ax
0x7c0d <do_segment_not_present+23>: mov %ax,%es
0x7c0f <do_segment_not_present+25>: mov $0x100,%cx
0x7c12 <do_segment_not_present+28>: sub %si,%si
0x7c14 <do_segment_not_present+30>: sub %di,%di
0x7c16 <do_stack_segment>: rep movsw %ds:(%si),%es:(%di)
0x7c18 <do_stack_segment+2>: ljmp $0x9000,$0x1d
0x7c1d <do_stack_segment+7>: mov %cs,%ax
0x7c1f <do_stack_segment+9>: mov %ax,%ds
0x7c21 <do_stack_segment+11>: mov %ax,%es
0x7c23 <do_stack_segment+13>: mov %ax,%ss
0x7c25 <do_stack_segment+15>: mov $0xff00,%sp
0x7c28 <do_stack_segment+18>: mov $0x0,%dx
(gdb) set disassembly-flavor intel
(gdb) x/16i 0x7c00
=> 0x7c00 <do_segment_not_present+10>: jmp 0x7c0:0x5
0x7c05 <do_segment_not_present+15>: mov ax,0x7c0
0x7c08 <do_segment_not_present+18>: mov ds,ax
0x7c0a <do_segment_not_present+20>: mov ax,0x9000
0x7c0d <do_segment_not_present+23>: mov es,ax
0x7c0f <do_segment_not_present+25>: mov cx,0x100
0x7c12 <do_segment_not_present+28>: sub si,si
0x7c14 <do_segment_not_present+30>: sub di,di
0x7c16 <do_stack_segment>: rep movs WORD PTR es:[di],WORD PTR ds:[si]
0x7c18 <do_stack_segment+2>: jmp 0x9000:0x1d
0x7c1d <do_stack_segment+7>: mov ax,cs
0x7c1f <do_stack_segment+9>: mov ds,ax
0x7c21 <do_stack_segment+11>: mov es,ax
0x7c23 <do_stack_segment+13>: mov ss,ax
0x7c25 <do_stack_segment+15>: mov sp,0xff00
0x7c28 <do_stack_segment+18>: mov dx,0x0
以下是添加了详细中文注释的汇编代码，按两种语法格式（AT&T 和 Intel）分别标注关键操作的作用：
AT&T 语法（带 % 符号）：
0x7c00: ljmp 0x7c0,0x5 # 长跳转到 0x7C0:0x5（设置 CS:IP，进入新段）
0x7c05: mov $0x7c0,%ax # AX = 0x7C0（引导扇区段地址）
0x7c08: mov %ax,%ds # DS = AX（数据段指向 0x7C0 << 4 = 0x7C00）
0x7c0a: mov $0x9000,%ax # AX = 0x9000（目标段地址）
0x7c0d: mov %ax,%es # ES = AX（目标段指向 0x90000）
0x7c0f: mov $0x100,%cx # CX = 256（复制 256 字 = 512 字节）
0x7c12: sub %si,%si # SI = 0（源偏移地址）
0x7c14: sub %di,%di # DI = 0（目标偏移地址）
0x7c16: rep movsw %ds:(%si),%es:(%di) # 循环复制 DS:SI -> ES:DI（搬移到 0x90000）
0x7c18: ljmp 0x9000,0x1d # 跳转到 0x9000:0x1D（执行复制后的代码）
0x7c1d: mov %cs,%ax # AX = CS（当前代码段 0x9000）
0x7c1f: mov %ax,%ds # DS = AX（同步数据段）
0x7c21: mov %ax,%es # ES = AX（同步附加段）
0x7c23: mov %ax,%ss # SS = AX（栈段指向 0x90000）
0x7c25: mov $0xff00,%sp # SP = 0xFF00（栈顶指针）
0x7c28: mov $0x0,%dx # DX = 0（清空寄存器）
Intel 语法（无 % 符号）:
0x7c00: jmp 0x7c0:0x5 # 同上，跳转到 0x7C0:0x5
0x7c05: mov ax,0x7c0 # AX = 0x7C0
0x7c08: mov ds,ax # DS = AX
0x7c0a: mov ax,0x9000 # AX = 0x9000
0x7c0d: mov es,ax # ES = AX
0x7c0f: mov cx,0x100 # CX = 256
0x7c12: sub si,si # SI = 0
0x7c14: sub di,di # DI = 0
0x7c16: rep movs WORD PTR es:[di],WORD PTR ds:[si] # 复制 DS:SI -> ES:DI
0x7c18: jmp 0x9000:0x1d # 跳转到 0x9000:0x1D
0x7c1d: mov ax,cs # AX = CS
0x7c1f: mov ds,ax # DS = AX
0x7c21: mov es,ax # ES = AX
0x7c23: mov ss,ax # SS = AX
0x7c25: mov sp,0xff00 # SP = 0xFF00
0x7c28: mov dx,0x0 # DX = 0
关键操作说明
-
ljmp / jmp：
-
切换代码段（CS）和指令指针（IP），确保后续指令从新地址执行。
-
rep movsw：
-
将 0x7C00 处的 512 字节（引导扇区）复制到 0x90000，避免后续加载 setup.s 时覆盖自身。
-
段寄存器初始化：
-
DS、ES、SS 均设置为 0x9000，使数据访问和栈操作指向新位置。
-
栈指针设置：
-
SP = 0xFF00 使得栈空间位于 0x90000 + 0xFF00 = 0x9FF00（向下增长）。
为什么这是 bootsect.s？
-
地址 0x7C00：BIOS 固定加载引导扇区的位置。
-
自复制行为：bootsect.s 的标准操作是复制自身到 0x90000 并跳转。
-
后续流程：跳转后通常会加载 setup.s（通过 int 0x13 磁盘中断）。
通过指令逻辑和内存地址可确认这是 bootsect.s 的代码。
// vim boot/bootsect.s +50
47 #
48 .equ ROOT_DEV, 0x301
49 ljmp $BOOTSEG, $_start
50 _start:
51 mov $BOOTSEG, %ax #将ds段寄存器设置为0x7C0
52 mov %ax, %ds
53 mov $INITSEG, %ax #将es段寄存器设置为0x900
54 mov %ax, %es
55 mov $256, %cx #设置移动计数值256字
56 sub %si, %si #源地址 ds:si = 0x07C0:0x0000
57 sub %di, %di #目标地址 es:si = 0x9000:0x0000
58 rep #重复执行并递减cx的值
59 movsw #从内存[si]处移动cx个字到[di]处
60 ljmp $INITSEG, $go #段间跳转，这里INITSEG指出跳转到的段地址，解释了cs的值为0x9000
61 go: mov %cs, %ax #将ds，es，ss都设置成移动后代码所在的段处(0x9000)
62 mov %ax, %ds
63 mov %ax, %es
64 # put stack at 0x9ff00.
65 mov %ax, %ss
66 mov $0xFF00, %sp # arbitrary value >>512
(gdb) add-symbol-file boot/bootsect.o 0x7c00
add symbol table from file "boot/bootsect.o" at
.text_addr = 0x7c00
(y or n) y
Reading symbols from boot/bootsect.o...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) x/16i _start
0x7c05 <do_segment_not_present+15>: mov $0x7c0,%ax
0x7c08 <do_segment_not_present+18>: mov %ax,%ds
0x7c0a <do_segment_not_present+20>: mov $0x9000,%ax
0x7c0d <do_segment_not_present+23>: mov %ax,%es
0x7c0f <do_segment_not_present+25>: mov $0x100,%cx
0x7c12 <do_segment_not_present+28>: sub %si,%si
0x7c14 <do_segment_not_present+30>: sub %di,%di
0x7c16 <do_stack_segment>: rep movsw %ds:(%si),%es:(%di)
0x7c18 <do_stack_segment+2>: ljmp $0x9000,$0x1d
0x7c1d <do_stack_segment+7>: mov %cs,%ax
0x7c1f <do_stack_segment+9>: mov %ax,%ds
0x7c21 <do_stack_segment+11>: mov %ax,%es
0x7c23 <do_stack_segment+13>: mov %ax,%ss
0x7c25 <do_stack_segment+15>: mov $0xff00,%sp
0x7c28 <do_stack_segment+18>: mov $0x0,%dx
0x7c2b <do_stack_segment+21>: mov $0x2,%cx
根据反汇编确定当前代码位于bootsect.s汇编代码入口_start处。
set architecture i8086很重要，不然在gdb中break *0x7C00打断点后，info registers、x/16i 0x7c00压根对不上。
在 GDB 中，你看到的 do_segment_not_present 和 do_stack_segment 等符号名称是 GDB 错误地将当前代码关联到了内核的错误符号表上。这是因为：
-
引导扇区代码（0x7C00）本身没有符号信息，但 GDB 加载了内核的符号表（包含这些错误匹配）。
-
GDB 尝试将机器指令反汇编并匹配到已有符号，导致显示无关的函数名。
临时解决方案(清除错误符号关联)¶
(gdb) symbol-file # 清除所有已加载的符号
Discard symbol table from `/home/wujing/code/linux/tools/system'? (y or n) y
No symbol file now.
(gdb) set max-completions 0 # 禁用符号匹配
(gdb) x/16i 0x7c00
=> 0x7c00: ljmp $0x7c0,$0x5
0x7c05: mov $0x7c0,%ax
0x7c08: mov %ax,%ds
0x7c0a: mov $0x9000,%ax
0x7c0d: mov %ax,%es
0x7c0f: mov $0x100,%cx
0x7c12: sub %si,%si
0x7c14: sub %di,%di
0x7c16: rep movsw %ds:(%si),%es:(%di)
0x7c18: ljmp $0x9000,$0x1d
0x7c1d: mov %cs,%ax
0x7c1f: mov %ax,%ds
0x7c21: mov %ax,%es
0x7c23: mov %ax,%ss
0x7c25: mov $0xff00,%sp
0x7c28: mov $0x0,%dx
(gdb) x/16i _start
No symbol table is loaded. Use the "file" command.
(gdb) add-symbol-file boot/bootsect.o 0x7c00
add symbol table from file "boot/bootsect.o" at
.text_addr = 0x7c00
(y or n) y
Reading symbols from boot/bootsect.o...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) x/16i _start
0x7c05 <_start>: mov $0x7c0,%ax
0x7c08 <_start+3>: mov %ax,%ds
0x7c0a <_start+5>: mov $0x9000,%ax
0x7c0d <_start+8>: mov %ax,%es
0x7c0f <_start+10>: mov $0x100,%cx
0x7c12 <_start+13>: sub %si,%si
0x7c14 <_start+15>: sub %di,%di
0x7c16 <_start+17>: rep movsw %ds:(%si),%es:(%di)
0x7c18 <_start+19>: ljmp $0x9000,$0x1d
0x7c1d <go>: mov %cs,%ax
0x7c1f <go+2>: mov %ax,%ds
0x7c21 <go+4>: mov %ax,%es
0x7c23 <go+6>: mov %ax,%ss
0x7c25 <go+8>: mov $0xff00,%sp
0x7c28 <load_setup>: mov $0x0,%dx
0x7c2b <load_setup+3>: mov $0x2,%cx
(gdb)
现在很清晰的看到*0x7c00跟bootsect.s汇编入口_start对上了。
(gdb) set max-completions 0 # 禁用符号匹配后面调试32 位保护模式时可以用(gdb) set max-completions unlimited # 恢复默认的无限补全恢复。
32 位保护模式¶
接下来介绍cpu切换到保护模式（32位）后的调试方法。
当CPU通过cr0寄存器切换到保护模式后：
(gdb) info files
Remote serial target in gdb-specific protocol:
Debugging a target over a serial line.
While running this, GDB does not access memory from...
Local exec file:
`/home/wujing/code/linux/tools/system', file type elf32-i386.
Entry point: 0x0
0x00000000 - 0x000183b4 is .text
0x000183b4 - 0x000197c2 is .rodata
0x000197c4 - 0x0001e5a8 is .eh_frame
0x0001f000 - 0x00022ac1 is .data
0x00022ae0 - 0x00026fb0 is .bss
0x00007c00 - 0x00007e00 is .text in /home/wujing/code/linux/boot/bootsect.o
(gdb) add-symbol-file tools/system 0x0 # 明确指定加载基址为 0x0
add symbol table from file "tools/system" at
.text_addr = 0x0
(y or n) y
Reading symbols from tools/system...done.
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 2, main () at init/main.c:107
107 { /* The startup routine assumes (well, ...) this */
(gdb) list
102 static long main_memory_start = 0;
103
104 struct drive_info { char dummy[32]; } drive_info;
105
106 void main(void) /* This really IS void, no error here. */
107 { /* The startup routine assumes (well, ...) this */
108 /*
109 * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
110 * enable them
111 */
(gdb) x/16i $eip
=> 0x6741 <main>: lea 0x24(%si),%cx
0x6744 <main+3>: add $0x83,%al
0x6746 <main+5>: in $0xf0,%al
0x6748 <main+7>: pushw -0x4(%bx,%di)
0x674b <main+10>: push %bp
0x674c <main+11>: mov %sp,%bp
至此，linux-0.11编译调试入门基本完结。