qemu+gdb+vscode环境搭建

1. 环境准备
2. 制作rootfs
- 2.1 buildroot制作rootfs
- 2.2 busybox制作rootfs
3. kernel编译及运行
4. vscode 图形化调试环境配置
- 4.1 vscode配置
- 4.2 qemu配置

1. 环境准备

1.1 安装基础软件

apt-get install vim

apt-get install vim-scripts

apt-get install vim-gtk

apt-get install fcitx （中文输入法需要）

apt-get install fcitx-libs （中文输入法需要）

apt-get install kolourpaint4（图片编辑软件）

apt-get install rar （压缩、解压文件）

apt-get install unrar

apt-get install wine (模拟win系统环境)

apt-get install hexedit (16进制编辑器)

apt-get install net-tools（网络相关工具）

apt-get install wireshark （可选，抓包软件）

1.2 安装开发软件

apt-get install libncurses5-dev

apt-get install libelf-dev

apt-get install libssl-dev

apt-get install bison

apt-get install git

apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi

apt-get install build-essential

apt-get install ninja-build

apt-get install libpixman-1-dev

apt-get install flex（编译用到的词法分析器）

1.3 安装qemu

1）安装qemu

方法一：版本可能较老，但安装速度快

apt-get install qemu-system-x86 （安装x86架构qemu执行程序）

apt install qemu-system-arm （安装arm架构qemu执行程序）

方法二：安装新版本，编译时间长（编译后，生成所有架构的qemu执行程序）

wget https://download.qemu.org/qemu-6.1.0-rc4.tar.xz

tar xvjf qemu-6.1.0-rc4.tar.xz

cd qemu-6.1.0-rc4

./configure

make

2）安装qume工具

apt install qemu-utils

2. 制作rootfs

2.1 buildroot制作rootfs

root@linux:~#wget https://buildroot.org/downloads/buildroot-2020.02.8.tar.gz

root@linux:~#tar zxvf  buildroot-2020.02.8.tar.gz && cd buildroot-2020.02.8

root@linux:~#export ARCH=x86_64

root@linux:~#export FORCE_UNSAFE_CONFIGURE=1

root@linux:~#make menuconfig

Toolchain  --->
    # 编译一些package会用到，比如f2fstools
    [*] Enable WCHAR support
 
System configuration  --->
     # 系统启动后，密码为空，回车登录shell
     [*] Enable root login with password
          ( )    Root password
      # 设置eth0接口为DHCP，如果不设置，qemu启动kernel镜像后，需要手动配置网络
     (eth0) Network interface to configure through DHCP
 
Target packages  --->
    Filesystem and flash utilities  --->
        # 格式化f2fs用到
        [*] f2fs-tools
 
Filesystem images  ---> 
     [ ] ext2/3/4 root filesystem
     # 设置rootfs的文件系统类型
     [*] f2fs root filesystem

root@linux:~#make

编译时间较长，等编译完成后，在output/images目录中生成rootfs.f2fs文件。将该文件拷贝到内核源码目录即可，如下:

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3# ls| grep f2fs
 
rootfs.f2fs

注意点：

1）修改buildroot-2020.02.8/package目录下的package，重新编译前，需要删除output/build/目录中对应的package，否则编译出来的rootfs.f2fs不会包含改动。

2.2 busybox制作rootfs

编译_install目录

root@linux:/home/gsf/source-code/busybox-1.33.0# export ARCH=arm

root@linux:/home/gsf/source-code/busybox-1.33.0# export CROSS_COMPILE=arm-linux-guneabi-

root@linux:/home/gsf/source-code/busybox-1.33.0# make menuconfig

Settings –> Build Options –> [*] Build static binary (no shared libs)。若没有编译成静态库，需要将宿主机/bin、/sbin目录中的动态库文件拷贝到_install目录中。为了简化，编译成静态库即可。

root@linux:/home/gsf/source-code/busybox-1.33.0# make install

编译完成后，会在当前目录中生成一个_install目录。将其拷贝到linux源码根目录。

制作rootfs用到的文件

将busybox的提供的example中的etc目录拷贝到_install中,，并稍作修改。

root@linux:/home/gsf/debug/kernel/linux-5.10.3# cp …/busybox-1.33.0/examples/bootfloppy/etc ./_install/ -R

修改1：./_install/etc/inittab
 tty2::askfirst:-/bin/sh   --------->   ::askfirst:-/bin/sh
修改2：./_install/etc/fstab 增加下面3行
sysfs /sys sysfs defaults 0 0

tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0

tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
修改3：./_install/etc/ini.d增加2行，注意顺序，改成下面的样子

#! /bin/sh

mkdir /proc /sys /tmp

/bin/mount -a

mdev -s

在_install目录中创建基本目录

root@linux:/home/gsf/debug/kernel/linux-5.10.3/_install# mkdir dev mnt
在dev目录创建设备节点：
```
 mknod console c 5 1
 mknod null c 1 1
```

3. kernel编译及运行

3.1 编译内核

内核源码：linux-5.10.3

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3# export ARCH=“x86_64”

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3# make x86_64_defconfig

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3# make menuconfig

Processor type and features  --->

      [ ]   Randomize the address of the kernel image (KASLR)  不要选

Drevice Drivers  --->

      NVME Support

            <*>  NVM Express block device

            [*]    NVMe multipath support

            [*]    NVMe hardware monitoring

           <*>  NVM Express over Fabrics FC host driver

           <*>  NVM Express over Fabrics TCP host driver

File systems  --->

       <*>  F2FS filesystem support

       [*]    F2FS Status Information (NEW)

       [*]    F2FS extended attributes (NEW)

       [*]    F2FS Access Control Lists (NEW)

       Network File Systems--->
        <*>   NFS client support
        <*>     NFS client support for NFS version 2
        <*>     NFS client support for NFS version 3
        [*]       NFS client support for the NFSv3 ACL protocol extension
        <*>     NFS client support for NFS version 4
        <*>   SMB3 and CIFS support (advanced network filesystem)

Kernel hacking  --->

      Compile-time checks and compiler options  --->

            [*]    Compile the kernel with debug info

            [*]    Provide GDB scripts for kernel debugging

注：高版本改成了

Kernel hacking  --->

      Compile-time checks and compiler options  --->

            Debug information (Disable debug information)  --->

                        （X）Generate DWARF Version 5 debuginfo

            [*]    Provide GDB scripts for kernel debugging

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3#make -j4 bzImage

3.2 启动内核

qemu启动内核后，如果想退出，可以在qemu中执行Ctlr+A，然后按x键。

也可以在ubuntu另一个终端 killall qemu-system-x86_64（不建议）。

仅rootfs启动

最简单的启动，资源很少，无disk，无网络。

qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86_64/boot/bzImage -drive file=rootfs.f2fs,if=ide,format=raw -nographic -append "root=/dev/sda console=ttyS0"

启动完成后，用户名输入root，登录系统查看信息，f2fs已经挂载：

# cat /proc/mounts

/dev/root / f2fs rw,lazytime,relatime,background_gc=on,discard,no_heap,user_xattr,inline_xattr,acl,inline_data,inline_dentry,flush_merge,exte0

devtmpfs /dev devtmpfs rw,relatime,size=48612k,nr_inodes=12153,mode=755

挂载 scsi disk（格式化成ext4）启动

制作ext4镜像

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3#dd if=/dev/zero of=ext4.img bs=1M count=256
root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3# mkfs.ext4 ext4.img

执行qemu命令

qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86_64/boot/bzImage -drive file=rootfs.f2fs,if=ide,format=raw,id=myid0 --nographic -append "root=/dev/sda console=ttyS0" -hdb ext4.img

系统启动后，输入root用户名登录系统。

修改挂载表

创建目录
#  mkdir /mnt/scsimp
并在/etc/fstab文件中增加一行：
/dev/sdb /mnt/scsimp ext4 defaults 0 0

reboot重新模拟出来的系统（不是自己的电脑系统），可以看到ext4已经挂载

# cat /proc/mounts
……
sysfs /sys sysfs rw,relatime 0 0
/dev/sdb /mnt/scsimp ext4 rw,relatime 0 0

挂载 scsi disk（格式化成ext4）+ nvme disk（格式化成f2fs）

制作ext4镜像

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3#dd if=/dev/zero of=ext4.img bs=1M count=25
root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3# mkfs.ext4 ext4.img

制作nvme的模拟磁盘

root@linux:/home/gsf/linux-5.10.3#qemu-img create -f raw disk.qcow 1G

执行qemu命令

qemu启动后，红字部分在/dev/目录下生成了nmve0，nvme0n1两个文件（如果没有生成，按第二节设置kenel编译config文件，打开nvme相关配置）。

qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86_64/boot/bzImage -drive file=rootfs.f2fs,if=ide,format=raw,id=myid0 –nographic -append “root=/dev/sda console=ttyS0” -hdb ext4.img

-device nvme,drive=nvme1,serial=deadbeaf,num_queues=8 -drive file=disk.qcow,if=none,id=nvme1 -smp 4

登录启动的linux系统

创建目录
#  mkdir /mnt/scsimp
#  mkdir /mnt/nvmemp
并在/etc/fstab文件中增加两行：
/dev/sdb /mnt/scsimp ext4 defaults 0 0
/dev/nvme0n1p1 /mnt/nvmemp f2fs defaults 0 0  -------后面会将disk.qcow格式化成f2fs，所以这里按f2fs挂载

格式化nvme disk

#

fdisk /dev/nvme0n1

Device contains neither a valid DOS partition table, nor Sun, SGI, OSF

or GPT disklabel

Building a new DOS disklabel. Changes will remain in memory only,

until you decide to write them. After that the previous content

won’t be recoverable.

Command (m for help):

n

Partition type

p primary partition (1-4)

e extended

p

Partition number (1-4):

1

First sector (32-2097151, default 32): ————回车，默认即可

Using default value 32

Last sector or +size{,K,M,G,T} (32-2097151, desfault 2097151):

————回车，默认即可

Using default value 2097151

Command (m for help):

w

The partition table has been altered.

Calling ioctl() to re-read partition table

[ 131.575409] nvme0n1: p1

格式化成功后，出现/dev/nvme0n1p1设备，这就是刚fdisk新建的分区

格式化新建的nvme分区

mkfs.f2fs -L nvmedisk /dev/nvme0n1p1

（这里也可以格式化成其他文件系统）

注：如果没有mkfs.f2fs工具，请参考上面部分2.制作rootfs

reboot重启qemu模拟出来的系统（不是自己的电脑系统），登录后，可以看到scsi、nvme disk已经挂载

# cat /proc/mounts
……
sysfs /sys sysfs rw,relatime 0 0
/dev/sdb /mnt/scsimp ext4 rw,relatime 0 0
/dev/nvme0n1p1 /mnt/nvmemp f2fs rw,relatime 0 0

另外，还可以看到系统中有5个nvme队列。nvme0q0是管理队列。nvme0q1~4是IO队列每个核一个（我们的qemu命令指定了num_queues=8、smp 4参数）。

# cat /proc/interrupts
# cat /proc/interrupts
           CPU0       CPU1       CPU2       CPU3       
  0:        183          0          0          0   IO-APIC   2-edge      timer
  1:          0          0          9          0   IO-APIC   1-edge      i8042
……
 24:          6          0          0          0   PCI-MSI 65536-edge      nvme0q0
 25:          0          0          0         11   PCI-MSI 65537-edge      nvme0q1
 26:          0          0          0          0   PCI-MSI 65538-edge      nvme0q2
 27:          0          0          0          0   PCI-MSI 65539-edge      nvme0q3
 28:          0          0          0          0   PCI-MSI 65540-edge      nvme0q4

3.3 qemu参数说明

qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86_64/boot/bzImage -drive file=rootfs.f2fs,if=ide,format=raw,id=myid0 –nographic -append “root=/dev/sda console=ttyS0” -hdb ext4.img -device nvme,drive=nvme1,serial=deadbeaf,num_queues=8 -drive file=disk.qcow2,if=none,id=nvme1 -smp 4 -s

-kernel 要运行的内核镜像

-drive 理解成一个虚拟的disk。

drive option之 file：代表该disk的文件，由“qemu-img create -f 格式”生成。

drive option之 if：interface，指定disk的接口，有ide, scsi, sd, mtd, floppy,

pflash, virtio, none这些类型。

drive option之 format：format：代码disk的file的格式，创建文件时由qemu-img create -f指定。

drive option之 id：一个字符串标识。有多个dirve时，通过id来识别用哪个drive。

–nographic：关闭图形调试，将打印信息输出到串口。

-append ：kernel的命令行参数。

append之root：rootfs存储设备。

append之console：串口名称。

-hdb：创建一个hard disk。注意，字符串hdb不是/dev/hdb（这个个IDE disk），这里的hdb启动后，是/dev/sdb（scsi disk）。hdb image可以通过mkfs格式化成需要的文件系统。

-device：创建一个总线设备。将子参数drive=id指定的disk挂在总线下。

devie值num_queues：nvme的队列深度。

-smp：多核数量。

-s：监听gdb端口， gdb程序可以通过1234这个端口连上来。下文配置图形化调试需要

4. vscode 图形化调试环境配置

vscode中集成了GDB功能，我们可以用它来图形化的调试linux kernel

4.1 vscode配置

首先我们添加vscode的gdb配置文件(.vscode/launch.json)：

{
    // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
    // Hover to view descriptions of existing attributes.
    // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "kernel debug",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${workspaceFolder}/vmlinux",
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "MIMode": "gdb",
            "miDebuggerPath":"/usr/bin/gdb-multiarch",
            "miDebuggerServerAddress": "localhost:1234"
        }
    ]
}

这里对几个重点参数做一些说明：

program: 调试的符号文件

miDebuggerPath：gdb的路径，这里需要注意的是，由于我们是arm64内核，因此需要用gdb-multiarch来进行调试

miDebuggerServerAddress：对端地址，qemu会默认使用1234这个端口

配置完成之后，可以直接启动GDB, 连接上linux kernel

4.2 qemu配置

为了能够图形化调试，qemu启动时需要加上-s参数，默认使用1234端口

原文链接：https://blog.csdn.net/IT_xiao_bai0516/article/details/131556449