技術/Linux/手作りLinuxシステム/06. Boot from Network(PXE + NFS + KGDB) (kernel-2.6.x)

技術 / Linux / 手作りLinuxシステム / 06. Boot from Network(PXE + NFS + KGDB) (kernel-2.6.x)

id: 959 所有者: msakamoto-sf 作成日: 2011-04-29 14:33:18
カテゴリ: Linux

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本シリーズのまとめとして、KGDBを組み込んだLinuxKernelをPXEでネットワークブートし、シリアルコンソール経由で開発マシン(ホストマシン)からgdbでライブデバッグしてみます。

環境や各種設定は前回技術/Linux/手作りLinuxシステム/05. Boot from Network(PXE) (kernel-2.6.x) のNFSルートマウント成功からの続きとなります。

開発(=ホスト)マシン:
    VMware ゲスト, CentOS 5.5 (32bit)
ターゲットマシン:
    VMware ゲスト, (空)
VMwareホスト:
    Win7 SP1, 32bit

ホストマシンとターゲットマシンとは、名前付きパイプを使ったシリアルポートで接続できるようにしています。前回の設定では、ttyS0一つのみとしています。

NFSrootマウント用exports:

# cat /etc/exports
/opt/nfsexports/root1 *(rw,sync,no_root_squash)

tftpディレクトリ:

/tftpboot/
    pxelinux.0
    pxelinux.cfg/default
    rootfs.gz
    bzImage
    bzImageSer
    bzImageNfs

/tftpboot/pxelinux.cfg/default:

prompt 1
label linux
  kernel bzImage
  append initrd=rootfs.gz root=/dev/ram0
label sercons
  kernel bzImageSer
  append initrd=rootfs.gz root=/dev/ram0 console=ttyS0,115200 console=tty0
label nfs
  kernel bzImageNfs
  append console=ttyS0,115200 console=tty0 root=/dev/nfs rw ip=dhcp \
    nfsroot=192.168.240.10:/opt/nfsexports/root1
label nfsdebug
  kernel bzImageNfs
  append console=ttyS0,115200 console=tty0 root=/dev/nfs rw ip=dhcp \
    nfsroot=192.168.240.10:/opt/nfsexports/root1 nfsrootdebug

KGDBの使い方など参考資料：

Linuxのデバッグ手法をマスターする
- http://www.ibm.com/developerworks/jp/linux/library/l-debug/
日記/2009-05-02/kgdb を使ってみた - テキスト版 - BAK
- http://jr0bak.homelinux.net/~imai/pukiwiki/pukiwiki.php?%C6%FC%B5%AD%2F2009-05-02%2Fkgdb%20%A4%F2%BB%C8%A4%C3%A4%C6%A4%DF%A4%BF%20-%20%A5%C6%A5%AD%A5%B9%A5%C8%C8%C7
Using kgdb, kdb and the kernel debugger internals
- http://www.kernel.org/doc/htmldocs/kgdb.html
kgdbを用いたカーネルデバッグ環境の構築 - big-eyed-hamsterの日記
- http://d.hatena.ne.jp/big-eyed-hamster/20090331/1238470673

KGDBを有効にする
カーネルパラメータの設定
動作確認
gdb接続専用のシリアルポートを用意してみる＋kernel起動時にgdbにbreakしてみる
まとめ

KGDBを有効にする

KGDBは当初はKernelに対するpatchとして提供されていましたが、2.6.26 以降は本体に統合されています。
本シリーズで使用しているkernelは 2.6.38.2 ですので、既に本体に統合されています。

2.6.38.2の場合、KGDBを有効にするにはまずEXPERIMENTALを有効化します。

Symbol: EXPERIMENTAL
Type  : boolean
Prompt: Prompt for development and/or incomplete code/drivers
  Defined at init/Kconfig:33
  Location:
    -> General setup

続けて "Kernel hacking" -> "Kernel debugging" を有効にします。

Symbol: DEBUG_KERNEL
Type  : boolean
Prompt: Kernel debugging
  Defined at lib/Kconfig.debug:139
  Location:
    -> Kernel hacking

これで "KGDB: kernel debugger" の選択肢が表示されます。

Symbol: KGDB
Type  : boolean
Prompt: KGDB: kernel debugger
  Defined at lib/Kconfig.kgdb:5
  Depends on: HAVE_ARCH_KGDB && DEBUG_KERNEL && EXPERIMENTAL
  Location:
    -> Kernel hacking

KGDBを有効にすると、自動的にKGDB_SERIAL_CONSOLEも組み込まれました。

Symbol: KGDB_SERIAL_CONSOLE
Type  : tristate
Prompt: KGDB: use kgdb over the serial console
  Defined at lib/Kconfig.kgdb:21
  Depends on: KGDB
  Location:
    -> Kernel hacking
      -> KGDB: kernel debugger (KGDB)
  Selects: CONSOLE_POLL && MAGIC_SYSRQ

gdb上でシンボルを使いたい場合は、DEBUG_INFOを有効にしておきます。

Symbol: DEBUG_INFO
Type  : boolean
Prompt: Compile the kernel with debug info
  Defined at lib/Kconfig.debug:670
  Depends on: DEBUG_KERNEL
  Location:
    -> Kernel hacking

bzImageをビルドしたら、"bzImageKgdb"などに名前を変えて "/tftpboot" の下にコピーしておきます。

カーネルパラメータの設定

前回技術/Linux/手作りLinuxシステム/05. Boot from Network(PXE) (kernel-2.6.x) のNFSルートマウントの環境と設定を流用します。
"/tftpboot/pxelinux.cfg/default" ファイルに次のエントリを追加します。"append"以降は実際は一行で記述します。

label kgdb
  kernel bzImageKgdb
  append console=ttyS0,115200 console=tty0 root=/dev/nfs rw ip=dhcp \
    nfsroot=192.168.240.10:/opt/nfsexports/root1 \
    kgdboc=ttyS0,115200

"kgdboc"は "kgdb over console" の略で、どのコンソールを使うかを設定します。詳細はカーネルソースの "Documentation/kernel-parameters.txt" を参照してください。

KGDBの有効化やgdbとの接続方法のカーネルパラメータですが、資料によっては上記とは異なる指定をしているものもあります。
例えば、"Embedded Linux Primer"の "Chapter 14 Kernel Debugging Techniques", "Listing 14-1 Booting with KGDB Enabled Using U-Boot" では "gdb" というパラメータを指定しています。
アーキテクチャやKGDBとKernelのバージョンによって異なるのかもしれません。

動作確認

１．minicomを立ち上げて、ターゲットマシンを起動し、"boot:"でKGDBを有効にしたlabelを指定します。

２．通常のコンソールでログインし、シェルを起動します。

３．"ALT" + "SysRq" + "g" を同時に押します。
あるいは

$ echo g > /proc/sysrq-trigger

します。
シリアルコンソールにログインしてシェルを立ち上げているのであれば、

"CTRL" + a
-> "f"
-> "g"

の順で押していきます。

４．KGDBが起動する筈。

こんな表示が出力されればOKです。

SysRq : DEBUG
Entering KGDB

５．minicomを終了し、gdbを起動する。
以降、シリアル接続はgdbが使いますのでminicomは "CTRL-A" -> "q" で終了します。
kernelのビルドディレクトリ直下、"vmlinux"が存在するディレクトリに移り、gdbを起動します。

# gdb -q
(gdb) file vmlinux
Reading symbols from /.../vmlinux...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) set remotebaud 115200
(gdb) target remote /dev/ttyS0
Remote debugging using /dev/ttyS0
kgdb_breakpoint () at /.../linux-2.6.38.2/kernel/debug/debug_core.c:960
960             wmb(); /* Sync point after breakpoint */

以降、"bt"などgdbコマンドでデバッグ出来ます。

６．gdbを抜ける
"c" コマンドでシステムを続行します。
gdbから完全に抜けるには、一旦gdbに移った後、"detach"コマンドを使います。

(gdb) detach
Ending remote debugging.
(gdb) quit

gdb接続専用のシリアルポートを用意してみる＋kernel起動時にgdbにbreakしてみる

組み込み開発などではシリアルコンソール上でシェルを動かしたりします。
そのため、シリアルポートが二つあれば、一つはシリアルコンソール上でシェルを動かし、もう一つをKGDBとgdbの接続用に分離できます。
本シリーズでは開発マシン・ターゲットマシン共にVMware上のゲストOSとして動かしているので、シリアルポートを簡単に追加することが出来ます。仮想マシンを編集して、名前付きパイプで新しいシリアルポートを追加します。

開発マシン側：

ターゲットマシン側：

"/tftpboot/pxelinux.cfg/default" ファイルに次のエントリを追加します。"append"以降は実際は一行で記述します。

label kgdb2
  kernel bzImageKgdb
  append console=ttyS0,115200 console=tty0 root=/dev/nfs rw ip=dhcp \
    nfsroot=192.168.240.10:/opt/nfsexports/root1 \
    kgdboc=ttyS1,115200 kgdbwait

"console="ではttyS0, "kgdboc="ではttyS1を指定し、分離しています。
また、 "kgdbwait" パラメータを追加し、kernel起動時にgdbにbreakするようにしてみます。

このlabelを使ってターゲットマシンをbootしてみると、kernel起動時に次のようなメッセージが表示され、gdbの接続待ちになります。

kgdb: Registered I/O driver kgdboc.
kgdb: Waiting for connection from remote gdb...

開発マシン側でgdbを起動します。

# gdb -q vmlinux
Reading symbols from /.../vmlinux...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) set remotebaud 115200
(gdb) target remote /dev/ttyS1
Remote debugging using /dev/ttyS1
Ignoring packet error, continuing...
warning: unrecognized item "timeout" in "qSupported" response
kgdb_breakpoint () at /.../linux-2.6.38.2/kernel/debug/debug_core.c:960
960             wmb(); /* Sync point after breakpoint */
(gdb) bt
#0  kgdb_breakpoint () at ...
#1  0xc1042ce9 in kgdb_register_io_module (new_dbg_io_ops=0x0) at ...
#2  0xc111eb7c in configure_kgdboc () at ...
#3  0xc128e318 in do_one_initcall (fn=0xc12a4cb0 <init_kgdboc>)
    at .../init/main.c:758
#4  0xc128e6ea in do_initcalls (unused=<value optimized out>)
    at .../init/main.c:788
#5  do_basic_setup (unused=<value optimized out>) 
    at .../init/main.c:806
#6  kernel_init (unused=<value optimized out>) 
    at .../init/main.c:900
#7  0xc1002d36 in ?? ()

"c"コマンドで Continue すると、kernel起動処理が再開されます。

まとめ

本シリーズではLinuxシステムをブートさせる組み合わせを FD, CD-ROM, PXEネットワークブートの順で紹介してきました。
rootファイルシステムもinitrdとNFSマウントの二種類を紹介しました。

Linux Kernelを調べ、実際にコンパイルして動かすときに最初の障害となるのが「今使用しているホストマシンを壊さない」事だと思います。また、この点が最初の不安として立ちはだかると考えています。
そこで本シリーズでは仮想マシンを利用し、ホストマシン上で独立してkernelやユーザーランド(BusyBox,uClibc, Buildroot)をビルドし、ターゲットマシン上で動作させる方法をまとめてみました。特に本記事のPXEネットワークブート＋NFSrootマウント＋KGDB有効化は組み込み開発の世界でも使われている手法であり、各種の調査や開発作業を効率化してくれるはずです。

Linux Kernelの世界にこれから足を踏み出そうとする読者にとって、本シリーズがその一助となれば幸いです。