Virturbox debugger & kgdb 双剑合璧

通过上一篇的学习，我们已经可以用KGDB调试内核了，但是GDB并不能查看所有寄存器，比如IDTR. 本篇将介绍使用Virtualbox自带的调试器+kgdb双剑合璧，来学习内核。

VirtualBox 内置的调试器默认是disable的，首先通过下面的命令开启VBoxDBG.

# 获取Guest OS的Name和UUID
root@ubuntu:~/vagrant# VBoxManage list vms
"vagrant_default_1523049472371_88710" {bb455030-5669-4012-8dcb-65c6d0549c61}
# Enable VBoxDBG
root@ubuntu:~/vagrant/kernel# VBoxManage setextradata \
    "vagrant_default_1523049472371_88710" VBoxInternal/DBGC/Enabled 1

现在利用Vagrant启动Guest Ubuntu:

root@ubuntu:~/vagrant# vagrant up
root@ubuntu:~/vagrant# vagrant ssh

现在进入Guest Ubuntu使Guest kernel进入被调试状态：

vagrant@ubuntu-xenial:~$ sudo sh -c 'echo g > /proc/sysrq-trigger'

开另外一个窗口，用gdb连接到Guest内核：

root@ubuntu:~/vagrant/obj/x86_64# gdb vmlinux
GNU gdb (Ubuntu 8.1-0ubuntu3) 8.1.0.20180409-git
Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
...
Type "apropos word" to search for commands related to "word"...
Reading symbols from vmlinux...done.
(gdb) target remote :1234
Remote debugging using :1234
kgdb_breakpoint () at /root/vagrant/linux/kernel/debug/debug_core.c:1073
1073            wmb(); /* Sync point after breakpoint */
(gdb)

再开另外一个窗口，连接到VBoxDBG，VBoxDBG默认使用telnet协议监听在5000端口，

root@ubuntu:~/vagrant/# telnet  localhost 5000
Trying ::1...
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Welcome to the VirtualBox Debugger!
Current VM is 79be5000, CPU #0

现在我们要用DI来打印出中断向量表，不带参数会打印出256个中断向量，太多了，这里我们只查看14号中断向量，14号中断是缺页中断：

VBoxDbg> help di
di          [int [..]]                     Dump the interrupt descriptor table (IDT).
             <0+ args>
    int          The interrupt vector or interrupt vector range. <optional+>

VBoxDbg> di 0xe
000e Int64  Sel:Off=0010:ffffffff818012c0     DPL=0 P  IST=0

可以看到14号中断处理函数地址是: 0xffffffff818012c0，现在回到gdb:

(gdb) info symbol 0xffffffff818012c0
page_fault in section .text

(gdb) info line page_fault
Line 1158 of "/root/vagrant/linux/arch/x86/entry/entry_64.S" starts at address 0xffffffff81801273 <general_protection+3>
   and ends at 0xffffffff818012c3 <page_fault+3>.

第一个命令显示地址0xffffffff818012c0位于代码段，符号名称为page_fault。
第二个命令显示，page_fault位于arch/x86/entry/entry_64.S，第1158行。
现在看看源代码吧：

1158 idtentry general_protection     do_general_protection   has_error_code=1

idtentry 是一个宏，定义在同一个文件中，它根据处理器spec进行中断进入和退出的预处理。

901 .macro idtentry sym do_sym has_error_code:req paranoid=0 shift_ist=-1
902 ENTRY(\sym)
903         UNWIND_HINT_IRET_REGS offset=\has_error_code*8
...
950         call    \do_sym

这个宏太啰嗦，不如看汇编代码来的方便：

(gdb) disassemble page_fault
Dump of assembler code for function page_fault:
   0xffffffff818012c0 <+0>:     nopl   (%rax)
   0xffffffff818012c3 <+3>:     testb  $0x3,0x10(%rsp)
   0xffffffff818012c8 <+8>:     jne    0xffffffff818012ea <page_fault+42>
   0xffffffff818012ca <+10>:    callq  0xffffffff818014a0 <error_entry>
   0xffffffff818012cf <+15>:    mov    %rsp,%rdi
   0xffffffff818012d2 <+18>:    mov    0x78(%rsp),%rsi
   0xffffffff818012d7 <+23>:    movq   $0xffffffffffffffff,0x78(%rsp)
   0xffffffff818012e0 <+32>:    callq  0xffffffff810566b0 <do_page_fault>
   0xffffffff818012e5 <+37>:    jmpq   0xffffffff81801590 <error_exit>
   0xffffffff818012ea <+42>:    callq  0xffffffff818014a0 <error_entry>
   0xffffffff818012ef <+47>:    mov    %rsp,%rdi
   0xffffffff818012f2 <+50>:    mov    0x78(%rsp),%rsi
   0xffffffff818012f7 <+55>:    movq   $0xffffffffffffffff,0x78(%rsp)
   0xffffffff81801300 <+64>:    callq  0xffffffff810566b0 <do_page_fault>
   0xffffffff81801305 <+69>:    jmpq   0xffffffff81801590 <error_exit>
End of assembler dump.

简单的说，就是进入中断处理函数之前调用error_entry，做一些准备工作，然后调用实际的中断处理函数do_page_fault， 然后再退出。

(gdb) info line do_page_fault
Line 1466 of "/root/vagrant/linux/arch/x86/mm/fault.c"

看看实际 page fault处理函数吧。

dotraplinkage void notrace
do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
{
        unsigned long address = read_cr2(); /* Get the faulting address */
        enum ctx_state prev_state;

        prev_state = exception_enter();
        if (trace_pagefault_enabled())
                trace_page_fault_entries(address, regs, error_code);

        __do_page_fault(regs, error_code, address);
        exception_exit(prev_state);
}

下一篇将介绍一个更加灵活的工具，GDB Python extension.
参考：
https://www.virtualbox.org/manual/