用virtualbox+模拟串口+CDT调试linux内核 TCP/IP协议栈-起步

经常有人问一台机器如何将hello经网络发送给另一台机器，我确实是不知道，只能看代码了。
说明：本人对内核的研究学习也是刚刚起步，有很多不了解的，所以文中可能会有一些“一本正经的胡扯”。请大家辩证的阅读。注意这种方式不能调试 start_kernel等过程，我主要用来调试tcp/ip协议栈代码。如果想调试start_kernel，后面会介绍用qemu的方式。

S1. 开发机：我是将一个老的索尼的笔记本装了Ubuntu桌面版本作为开发环境，版本号是Ubuntu 16.04.4 LTS，后面在某些步骤中也会称之为host。
S2. JDK使用的是java version "1.7.0_80"。 官网也有下载。后面CDT开发工具要用。
S3. Eclipse版本 Mars.2 Release (4.5.2)，CDT(8.8.1)使用的插件的方式安装的。 相关软件在eclipse官网均可以获得。至于怎么装插件，请网上搜索。
S4. Virtualbox，版本 5.2.18 r124319 (Qt5.6.1)。 官网下载的linux版本。
S5. 开发机安装socat，模拟串口通信用。sudo apt-get install socat
S6. 开发机安装build工具链。

sudo apt-get install gcc
sudo apt-get install build-essential

S7. Virtualbox新建ubuntu虚拟机作为调试目标机，安装的虚拟机的系统用的镜像是：ubuntu-16.04-server-amd64.iso。至于怎么用virtualbox装虚拟机，请网上搜索。
虚拟机的CPU请根据你实际机器CPU的数量选择，我选择的是2，后面会对编译速度的提升有帮助。
虚拟机的网卡设置： 选中你的virtualbox虚拟机-->设置-->网络-->网卡1-->勾上 启用网络连接/连接方式 选择 桥接网卡/界面名称 选择 你能联网的网卡。
。
虚拟机串口设置： 选中你的virtualbox虚拟机-->设置-->串口-->端口1-->勾上 启用串口/端口模式 选择 主机管道/路径地址填写 /tmp/s

安装时，有个注意事项，语言选择English，否则可能会出现安装出错。另，安装server工具步骤时建议选择上openssh server。选择需要安装grub作为磁盘引导器。后面我么会称这台装好的虚拟机为guest机器，或者调试目标机，或者调试机，或者target等等。

S8. 登录到调试目标机，准备内核代码。
到内核官网下载你要用的内核，我的用的是[4.4.19]版本(https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.4.19.tar.gz)。可以用wget xxx内核链接地址的办法下载，我的是：

cd ~
mkdir 004.code
cd 004.code
wget https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.4.19.tar.gz
tar -xzvf linux-4.4.19.tar.gz
cd linux-4.4.19

S9. 在调试目标机准备编译安装内核。
修改Makefile文件（linux-4.4.19目录下），将其中的O2字样修改成O1，目前不支持O0编译。但是有个文章说可以通过修改内核代码达到使用O0编译的目的。我试了试，没成功。如果谁成功了，可以告诉我，谢谢。
安装必要的依赖：

sudo apt-get install libncurses5-dev 
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install bc

调试目标机安装build工具链。

sudo apt-get install gcc
sudo apt-get install build-essential

配置内核选项，其实只需要执行这步生成config文件，配置项不用修改，我们要的都有。

make menuconfig

然后选择 exit 然后选择yes 生成config文件。

make CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH=y -j2

此步骤需要很长时间，2-5小时不等，正常可以在睡觉前执行，第二天早上起来看结果。

S10. 在调试目标机安装新编译的内核。
工作目录在linux-4.4.19

sudo make modules_install
sudo make install

S11. 在调试目标机修改启动引导选项。
在第10步完成后重启机器时，在启动菜单中选择Advance...菜单中，可以看到新安装的4.4.19内核的引导项。
进入系统(用4.4.19 或者之前的默认内核都可以)，修改启动引导配置文件。

cd /boot/grub
sudo su - root
cp grub.cfg grub.cfg.bk.180917
chmod +w grub.cfg
vi grub.cfg

找到menuentry 'Ubuntu, with Linux 4.4.19......这个地方，为了便于识别，可以讲此处单引号内的4.4.19后面加上-debug-kernel字样(可选)。 从这行开始向下查看，找到最挨着的linux /vmlinuz-4.4.19 root=...ro 这一行，在 这一行后面加上kgdb=ttyS0 kgdboc=ttyS0,115200 kgdbwait

S12. 在调试目标机将代码和编译产物拷贝给开发机。我用的scp，你可以选择ftp等方式。

scp -r linux-4.4.19 simon@192.168.2.7:/home/simon/004.code/linux-4.4.19

用户名 ip 路径 根据你自己实际情况确定。不明白的可以搜搜scp命令怎么用，再不行就用ftp的方式搞。 也有人通过虚拟机共享目录的方式搞，这个不重要，你能拿到开发机上面就行。

S13. 在开发机，配置CDT并准备工程。
打开装了CDT插件的eclipse。
window-->preferences-->General-->Workspace 去掉勾选 Build Automatically。
window-->preferences-->C/C++-->indexer 去掉勾选 Enable indexer。
file-->new-->c project-->project name填写你自己合意的，比如linux-kernel-study / 去掉use default location，location输入框中选择你的linux-4.4.19路径。 / project type 选择 Makefile project-Empty project / Toolschains选择Linux GCC-->next-->Advanced Setting-->C/C++ Build-->去掉勾选use default build command， build command输入框内写上 make CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH=y -j2，build directory选择你的linux-4.4.19路径。 / Behavior页签 Build(Increament build) 输入框中输入一个空格即可。然后完成工程创建即可。
点击工具栏中的绿色小虫子右边的箭头，选择Debug Configurations-->C/C++ Remote Application(双击)-->proiect选择你刚创建的project / C/C++ Application选择你的linux-4.4.19路径下的vmlinux。 / 选中 Disable auto build 点击select other换一个启动器 选择 GDB(DSF)Manual Remote Debugging...

点击debugger页签 点击connection子页签，type选择Serial， speed选择115200，dev后面再来填。此处标志为待填13.1。

点击apply close即可。

S14. 启动调试目标机，在启动菜单处，选择 advance.../Ubuntu, with Linux 4.4.19-debuge-kernel这个内核引导项目。

在开发机执行命令：socat -d -d /tmp/s pty
他会有个输出 /dev/pts/.. 把这个路径填到13步待填13.1处。

cd 你的linux-4.4.19路径
gdb vmlinux
target remote /dev/pts/.. （此处对应上面的输出，不是真的写一个..）
此时就应该连接上目标机器了。按gdb的c指令便可以使得调试目标机继续启动下去。
如果需要加设断点等，可以在调试目标机执行
sudo su - root
echo g > /proc/sysrq-trigger
这样目标机就会暂停，可以在开发机中加设断点。

注意这种方式不能调试 start_kernel等过程，我主要用来调试tcp/ip协议栈代码。

S15. 在开发机用CDT调试。
退掉14步的gdb调试。
在调试目标机执行 sudo echo g > /proc/sysrq-trigger
点击CDT工具栏中的绿色小虫子右边的箭头，选择1New_configuration，如果有什么错误提示不用理会，继续proceed。 连接成功后，控制台会有输出，比如我们可以在控制台输入 b af_inet.c:471 然后输入gdb 指令 c

然后 在目标机执行 nc -l 8080

然后你就可以发现断点停在了 snum = ntohs(addr->sin_port);， 这个时候你就可以调试server的bind动作了，其他诸如listen accept connect等类似方式调试。

F5 F6这些快捷键都可以用，只是你每次增减断点，貌似都要现在目标机执行 echo g > /proc/sysrq-trigger，使他先停下来，才好加断点等操作。