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EXER2: 使用 qemu 执行并调试 lab1 中的软件*

1. 从 CPU 加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪 BIOS 的执行*

根据附录，修改 ./tools/gdbinit 文件内容如下：

# 将gdb设置为i8086模式
set architecture i8086
target remote :1234

此时应该就可以执行 make debug-nox 进入调试，在此之前先看一下 makefile 中的 debug 是如何定义的：

debug-nox: $(UCOREIMG)
    $(V)$(QEMU) -S -s -serial mon:stdio -hda $< -nographic &
    $(V)sleep 2
    $(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -x tools/gdbinit"

可以看到 debug 依赖于镜像文件 ucore.img，执行以下三条命令：

  1. qemu-system-i386 -S -s -serial mon:stdio -hda bin/ucore.img -nographic &

    相关 qemu 参数

    • -S freeze CPU at startup (use 'c' to start execution)
    • -s shorthand for -gdb tcp::1234
    • -serial redirect the serial port to char device 'dev'
    • -hda $< use ucore.img as IDE hard disk 0/1 image
    • -nographic disable graphical output and redirect serial I/Os to console
  2. sleep 2
  3. gnome-terminal -e "gdb -q -x tools/gdbinit"

创建新的终端窗口执行 gdb，-q 启动时不输出版本信息，-x 指定要执行的 gdb 命令文件。

知道了 debug 的原理，下面就可以执行 make debug-nox 命令开始 debug，根据附录中一堆英文，其实就是告诉我们第一条指令应该就是在 $cs<<4+$pc 地址处。为了方便调试我们再在 gdbinit 后加上 hook-stop：

# gdb在每次断点事件时调用的特殊定义
define hook-stop
# 每次都显示当前指令及以下四行
x /4i (($cs<<4)+$pc)
end

执行 make debug-nox ：

0x0000fff0 in ?? ()
(gdb) x /2i (($cs<<4)+$pc)
   0xffff0:     ljmp   $0x3630,$0xf000e05b
   0xffff7:     das
(gdb) si
   0xfe05b: cmpw   $0xffc8,%cs:(%esi)
   0xfe060: jo     0xfe062
   0xfe062: jne    0xd241d416
   0xfe068: mov    %edx,%ss
0x0000e05b in ?? ()

可以看到，第一条指令就是跳转指令，ljmp $0x3630,$0xf000e05b， 在 gdb 中：

(gdb) x /4x 0xffff0
0xffff0:  0x00e05bea  0x2f3630f0  0x392f3332  0x00fc0039

这里显然是 gdb 的锅，在 makefile 的 qemu 命令中加入 -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log 选项，即将 qemu 运行的汇编指令写入 q.log 文件中:

IN:
0xfffffff0:  ljmp   $0xf000,$0xe05b
----------------
IN:
0x000fe05b:  cmpl   $0x0,%cs:0x70c8

清楚地看到第一条指令就是 ljmp $0xf000,$0xe05b

2. 在初始化位置 0x7c00 设置实地址断点,测试断点正常*

在 ./tools/gdbinit 文件后添加：

# 在0x7c00下断点后运行
b *0x7c00
c

得到对应的汇编代码：

=> 0x7c00:  cli
   0x7c01:  cld
   0x7c02:  xor    %eax,%eax
   0x7c04:  mov    %eax,%ds
   0x7c06:  mov    %eax,%es
   0x7c08:  mov    %eax,%ss
   0x7c0a:  in     $0x64,%al
   0x7c0c:  test   $0x2,%al
   0x7c0e:  jne    0x7c0a
   0x7c10:  mov    $0xd1,%al
   0x7c12:  out    %al,$0x64
   0x7c14:  in     $0x64,%al
   0x7c16:  test   $0x2,%al
   0x7c18:  jne    0x7c14
   0x7c1a:  mov    $0xdf,%al
   0x7c1c:  out    %al,$0x60
   0x7c1e:  lgdtl  (%esi)
   0x7c21:  insb   (%dx),%es:(%edi)
   0x7c22:  jl     0x7c33
   0x7c24:  and    %al,%al

3. 从 0x7c00 开始跟踪代码运行,将单步跟踪反汇编得到的代码与 bootasm.S 和 bootblock.asm 进行比较*

对比代码，发现调试反汇编得到的代码与 bootasm.S 和 bootblock.asm 文件中代码相同。

这段代码的作用就是各种初始化，从实模式转换到保护模式。

4. 自己找一个 bootloader 或内核中的代码位置，设置断点并进行测试*

在 ucore_os_lab 中 lab1/tools/gdbinit 的原始内容：

file bin/kernel
target remote :1234
break kern_init
continue

稍加修改可以调试 kernel_init 函数，使用 gdb 的 -tui 参数可以打开代码查看窗口，方便调试。

最后更新: November 26, 2020