(1 ) GDB stub
GDB stub被称为调试插桩（简称为stub)，是KGDB调试器的核心。它是Linux内核中的一小段代码，用来处理主机上: GDB发来的各种请求并且在内核处于被调试状态时，控制目标机板上的处理器。
(2）修改异常处理函数
当这个异常发生时，内核将控制权交给KGDB调试器，程序进入KGDB提供的异常处理函数中。在里面，可以分析程序的各种情况。
(3)串口通信
GDB和 stub之间通过GDB串行协议进行通信。它是一种基于消息的ASCII 码协议，包含了各种调试命令。除串口外，也可以使用网卡进行通信。以设置内核断点为例说明KGDB与GDB之间的工作过程。设置断点时，KGDB修改内核代码，将断点位置的指令替换成一条异常指令(在ARM中这是一条未定义的指令)。当执行到断点时发生异常，控制权转移到stub 的异常处理函数中。此时，stub的任务就是使用GDB串行通信协议将当前环境传送给GDB，然后从GDB处接收命令，GDB命令告诉stub下一步该做什么。当stub收到继续执行的命令时，将恢复原来替换的指令、恢复程序的运行环境，把对CPU的控制权重新交还给内核。
Linux内核调试方法kdb：只能在汇编代码级进行调试；
优点是不需要两台机器进行调试。
gdb：在调试模块时缺少一些至关重要的功能，它可用来查看内核的运行情况，包括反汇编内核函数。
kgdb：能很方便的在源码级对内核进行调试，缺点是kgdb只能进行远程调试，它需要一根串口线及两台机器来调试内核(也可以是在同一台主机上用vmware软件运行两个 *** 作系统来调试)
printk() 是调试内核代码时最常用的一种技术。在内核代码中的特定位置加入printk() 调试调用，可以直接把所关心的信息打打印到屏幕上，从而可以观察程序的执行路径和所关心的变量、指针等信息。 Linux 内核调试器（Linux kernel debugger，kdb）是 Linux 内核的补丁，它提供了一种在系统能运行时对内核内存和数据结构进行检查的办法。Oops、KDB在文章掌握 Linux 调试技术有详细介绍，大家可以参考。 Kprobes 提供了一个强行进入任何内核例程，并从中断处理器无干扰地收集信息的接口。使用 Kprobes 可以轻松地收集处理器寄存器和全局数据结构等调试信息，而无需对Linux内核频繁编译和启动，具体使用方法，请参考使用 Kprobes 调试内核。
/proc文件系统
在 /proc 文件系统中，对虚拟文件的读写 *** 作是一种与内核通信的手段，要查看内核回环缓冲区中的消息，可以使用 dmesg 工具（或者通过 /proc 本身使用 cat /proc/kmsg 命令）。清单 6 给出了 dmesg 显示的最后几条消息。
清单 6. 查看来自 LKM 的内核输出
[root@plato]# dmesg | tail -5
cs: IO port probe 0xa00-0xaff: clean.
eth0: Link is down
eth0: Link is up, running at 100Mbit half-duplex
my_module_init called. Module is now loaded.
my_module_cleanup called. Module is now unloaded.
可以在内核输出中看到这个模块的消息。现在让我们暂时离开这个简单的例子，来看几个可以用来开发有用 LKM 的内核 API。
调试工具
使用调试器来一步步地跟踪代码，查看变量和计算机寄存器的值。在内核中使用交互式调试器是一个很复杂的问题。内核在它自己的地址空间中运行。许多用户空间下的调试器所提供的常用功能很难用于内核之中，比如断点和单步调试等。
如何根据oops定位代码行我们借用linux设备驱动第二篇：构造和运行模块里面的hello world程序来演示出错的情况，含有错误代码的hello world如下：
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#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL")
static int hello_init(void)
{
char *p = NULL
memcpy(p, "test", 4)
printk(KERN_ALERT "Hello, world\n")
return 0
}
static void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n")
}
module_init(hello_init)
module_exit(hello_exit)
Makefile文件如下：
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ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := helloworld.o
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions modules.order Module.symvers
很明显，以上代码的第8行是一个空指针错误。insmod后会出现下面的oops信息：
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[ 459.516441] BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at (null)
[ 459.516445]
[ 459.516448] PGD 0
[ 459.516450] Oops: 0002 [#1] SMP
[ 459.516452] Modules linked in: helloworld(OE+) vmw_vsock_vmci_transport vsock coretemp crct10dif_pclmul crc32_pclmul ghash_clmulni_intel aesni_intel vmw_balloon snd_ens1371 aes_x86_64 lrw snd_ac97_codec gf128mul glue_helper ablk_helper cryptd ac97_bus gameport snd_pcm serio_raw snd_seq_midi snd_seq_midi_event snd_rawmidi snd_seq snd_seq_device snd_timer vmwgfx btusb ttm snd drm_kms_helper drm soundcore shpchp vmw_vmci i2c_piix4 rfcomm bnep bluetooth 6lowpan_iphc parport_pc ppdev mac_hid lp parport hid_generic usbhid hid psmouse ahci libahci floppy e1000 vmw_pvscsi vmxnet3 mptspi mptscsih mptbase scsi_transport_spi pata_acpi [last unloaded: helloworld]
[ 459.516476] CPU: 0 PID: 4531 Comm: insmod Tainted: G OE 3.16.0-33-generic #44~14.04.1-Ubuntu
[ 459.516478] Hardware name: VMware, Inc. VMware Virtual Platform/440BX Desktop Reference Platform, BIOS 6.00 05/20/2014
[ 459.516479] task: ffff88003821f010 ti: ffff880038fa0000 task.ti: ffff880038fa0000
[ 459.516480] RIP: 0010:[<ffffffffc061400d>] [<ffffffffc061400d>] hello_init+0xd/0x30 [helloworld]
[ 459.516483] RSP: 0018:ffff880038fa3d40 EFLAGS: 00010246
[ 459.516484] RAX: ffff88000c31d901 RBX: ffffffff81c1a020 RCX: 000000000004b29f
[ 459.516485] RDX: 000000000004b29e RSI: 0000000000000017 RDI: ffffffffc0615024
[ 459.516485] RBP: ffff880038fa3db8 R08: 0000000000015e80 R09: ffff88003d615e80
[ 459.516486] R10: ffffea000030c740 R11: ffffffff81002138 R12: ffff88000c31d0c0
[ 459.516487] R13: 0000000000000000 R14: ffffffffc0614000 R15: ffffffffc0616000
[ 459.516488] FS: 00007f8a6fa86740(0000) GS:ffff88003d600000(0000) knlGS:0000000000000000
[ 459.516489] CS: 0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033
[ 459.516490] CR2: 0000000000000000 CR3: 0000000038760000 CR4: 00000000003407f0
[ 459.516522] DR0: 0000000000000000 DR1: 0000000000000000 DR2: 0000000000000000
[ 459.516524] DR3: 0000000000000000 DR6: 00000000fffe0ff0 DR7: 0000000000000400
[ 459.516524] Stack:
[ 459.516537] ffff880038fa3db8 ffffffff81002144 0000000000000001 0000000000000001
[ 459.516540] 0000000000000001 ffff880028ab5040 0000000000000001 ffff880038fa3da0
[ 459.516541] ffffffff8119d0b2 ffffffffc0616018 00000000bd1141ac ffffffffc0616018
[ 459.516543] Call Trace:
[ 459.516548] [<ffffffff81002144>] ? do_one_initcall+0xd4/0x210
[ 459.516550] [<ffffffff8119d0b2>] ? __vunmap+0xb2/0x100
[ 459.516554] [<ffffffff810ed9b1>] load_module+0x13c1/0x1b80
[ 459.516557] [<ffffffff810e9560>] ? store_uevent+0x40/0x40
[ 459.516560] [<ffffffff810ee2e6>] SyS_finit_module+0x86/0xb0
[ 459.516563] [<ffffffff8176be6d>] system_call_fastpath+0x1a/0x1f
[ 459.516564] Code: <c7>04 25 00 00 00 00 74 65 73 74 31 c0 48 89 e5 e8 a2 86 14 c1 31
[ 459.516573] RIP [<ffffffffc061400d>] hello_init+0xd/0x30 [helloworld]
[ 459.516575] RSP <ffff880038fa3d40>
[ 459.516576] CR2: 0000000000000000
[ 459.516578] ---[ end trace 7c52cc8624b7ea60 ]---
下面简单分析下oops信息的内容。
由BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at (null)知道出错的原因是使用了空指针。标红的部分确定了具体出错的函数。Modules linked in: helloworld表明了引起oops问题的具体模块。call trace列出了函数的调用信息。这些信息中其中标红的部分是最有用的，我们可以根据其信息找到具体出错的代码行。下面就来说下，如何定位到具体出错的代码行。
第一步我们需要使用objdump把编译生成的bin文件反汇编，我们这里就是helloworld.o，如下命令把反汇编信息保存到err.txt文件中：
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objdump helloworld.o -D >err.txt
err.txt内容如下：
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helloworld.o: file format elf64-x86-64
Disassembly of section .text:
<span style="color:#ff0000">0000000000000000 <init_module>:</span>
0: e8 00 00 00 00 callq 5 <init_module+0x5>
5: 55 push %rbp
6: 48 c7 c7 00 00 00 00mov$0x0,%rdi
d: c7 04 25 00 00 00 00movl $0x74736574,0x0
14: 74 65 73 74
18: 31 c0 xor%eax,%eax
1a: 48 89 e5mov%rsp,%rbp
1d: e8 00 00 00 00 callq 22 <init_module+0x22>
22: 31 c0 xor%eax,%eax
24: 5d pop%rbp
25: c3 retq
26: 66 2e 0f 1f 84 00 00nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)
2d: 00 00 00
0000000000000030 <cleanup_module>:
30: e8 00 00 00 00 callq 35 <cleanup_module+0x5>
35: 55 push %rbp
36: 48 c7 c7 00 00 00 00mov$0x0,%rdi
3d: 31 c0 xor%eax,%eax
3f: 48 89 e5mov%rsp,%rbp
42: e8 00 00 00 00 callq 47 <cleanup_module+0x17>
47: 5d pop%rbp
48: c3 retq
Disassembly of section .rodata.str1.1:
0000000000000000 <.rodata.str1.1>:
0: 01 31 add%esi,(%rcx)
2: 48 rex.W
3: 65 gs
4: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)
5: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)
6: 6f outsl %ds:(%rsi),(%dx)
7: 2c 20 sub$0x20,%al
9: 77 6f ja 7a <cleanup_module+0x4a>
b: 72 6c jb 79 <cleanup_module+0x49>
d: 64 0a 00or %fs:(%rax),%al
10: 01 31 add%esi,(%rcx)
12: 47 6f rex.RXB outsl %ds:(%rsi),(%dx)
14: 6f outsl %ds:(%rsi),(%dx)
15: 64 fs
16: 62 (bad)
17: 79 65 jns7e <cleanup_module+0x4e>
19: 2c 20 sub$0x20,%al
1b: 63 72 75movslq 0x75(%rdx),%esi
1e: 65 gs
1f: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)
20: 20 77 6fand%dh,0x6f(%rdi)
23: 72 6c jb 91 <cleanup_module+0x61>
25: 64 0a 00or %fs:(%rax),%al
Disassembly of section .modinfo:
0000000000000000 <__UNIQUE_ID_license0>:
0: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)
1: 69 63 65 6e 73 65 3dimul $0x3d65736e,0x65(%rbx),%esp
8: 44 75 61rex.R jne 6c <cleanup_module+0x3c>
b: 6c insb (%dx),%es:(%rdi)
c: 20 42 53and%al,0x53(%rdx)
f: 44 2f rex.R (bad)
11: 47 50 rex.RXB push %r8
13: 4c rex.WR
...
Disassembly of section .comment:
0000000000000000 <.comment>:
0: 00 47 43add%al,0x43(%rdi)
3: 43 3a 20rex.XB cmp (%r8),%spl
6: 28 55 62sub%dl,0x62(%rbp)
9: 75 6e jne79 <cleanup_module+0x49>
b: 74 75 je 82 <cleanup_module+0x52>
d: 20 34 2eand%dh,(%rsi,%rbp,1)
10: 38 2e cmp%ch,(%rsi)
12: 32 2d 31 39 75 62 xor0x62753931(%rip),%ch# 62753949 <cleanup_module+0x62753919>
18: 75 6e jne88 <cleanup_module+0x58>
1a: 74 75 je 91 <cleanup_module+0x61>
1c: 31 29 xor%ebp,(%rcx)
1e: 20 34 2eand%dh,(%rsi,%rbp,1)
21: 38 2e cmp%ch,(%rsi)
23: 32 00 xor(%rax),%al
Disassembly of section __mcount_loc:
0000000000000000 <__mcount_loc>:
由oops信息我们知道出错的地方是hello_init的地址偏移0xd。而有dump信息知道，hello_init的地址即init_module的地址，因为hello_init即本模块的初始化入口，如果在其他函数中出错，dump信息中就会有相应符号的地址。由此我们得到出错的地址是0xd，下一步我们就可以使用addr2line来定位具体的代码行：
addr2line -C -f -e helloworld.o d
此命令就可以得到行号了。以上就是通过oops信息来定位驱动崩溃的行号。
其他调试手段
以上就是通过oops信息来获取具体的导致崩溃的代码行，这种情况都是用在遇到比较严重的错误导致内核挂掉的情况下使用的，另外比较常用的调试手段就是使用printk来输出打印信息。printk的使用方法类似printf，只是要注意一下打印级别，详细介绍在linux设备驱动第二篇：构造和运行模块中已有描述，另外需要注意的是大量使用printk会严重拖慢系统，所以使用过程中也要注意。
以上两种调试手段是我工作中最常用的，还有一些其他的调试手段，例如使用/proc文件系统，使用trace等用户空间程序，使用gdb，kgdb等，这些调试手段一般不太容易使用或者不太方便使用，所以这里就不在介绍了。
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