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内核调试--VFS路径名查找

发布于 2022-10-15 04:04:52 字数 4357 浏览 40 评论 0

经过一个月对Linux vfs层的代码进行阅读总算有点眉目，今天这些天的心得写到这里，希望有大侠能够指正我的理解误区，现在这里拜谢了。
这篇笔记主要是记录在Linux2.6.37 的UML模式中调试vfs中的路径名查找的过程
1.搭建UML环境，
a.至少需要一个内核，文件系统（你可以手工制作文件系统）
我的内核采用Linux 2.6.37 文件系统从网上下载的现成的叫DSLxxx具体叫什么我忘了，因为下载下来我把它改了一个名字
b.这一部分至关重要，是后面的调试关键，我在这里也费了几乎一个星期的时间，废话少说，先介绍难点。最困难的不是选择编译选项而是内核在编译的时候使用优化默认O2，导致一些代码的次序改变，单步的时候乱跳，让你不知其所以然。我们先看看一个文件 内核文件夹下的scripts/Makefile.build 前几行
  1. # ==========================================================================
  2. # Building
  3. # ==========================================================================

  5. src := $(obj)

  7. PHONY := __build
  8. __build:

  10. # Init all relevant variables used in kbuild files so
  11. # 1) they have correct type
  12. # 2) they do not inherit any value from the environment
  13. obj-y :=
  14. obj-m :=
  15. lib-y :=
  16. lib-m :=
  17. always :=
  18. targets :=
  19. subdir-y :=
  20. subdir-m :=
  21. EXTRA_AFLAGS   :=
  22. EXTRA_CFLAGS   :=
  23. EXTRA_CPPFLAGS :=
  24. EXTRA_LDFLAGS  :=
  25. asflags-y  :=
  26. ………………
复制代码看到EXTRA_CFLAGS这个，具体是干啥，可以自己去查查
我们不能关闭内核优化选项，不然需要修改很多代码，我们在我们需要的调试的的模块部分
让内核去掉优化，我们可以这样做。我要对文件系统进行调试，打开fs/Makefile 在文件开头加入 EXTRA_CFLAGS += -O0.文件如下

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2011-06-17 14:01 上传


接下来 执行
make menuconfig ARCH=um
配置内核选项，注意打开内核的调试选项，（在kernel hacking --->kernel debug--->compile ...debug info 记得不是很清楚）
make ARCH=um
在内核目录中会生成一个叫 linux可执行文件，接下来可以新建一个文件夹，把内核源码目录下生成的linux 文件和根文件系统放到一起如下

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2011-06-17 14:05 上传


2.调试内核。
a.在调试内核的时候你可以选择多种方法调试，一般使用下面命令
gdb ./linux ubda=root_fs（ubda=你的文件系统的路径）
上述调试方法会有一个问题，当你的内核完全启动完毕，即启动到命令行的时候，你无法产生断点，除非你在执行gdb >run命令前，在某一个函数前打了断点，但是在启动过程中，可能会引起无数的断点影响调试效果。
最开始我准备调试link_path_walk函数，在这里打了一个断点，启动的时候内核会查找文件，导致断点成千上万，我禁止断点后，启动到命令行了，无法使gdb产生断点。导致调试转了很大的弯路。
现在使用另外一种方法调试，gdb 调试进程
首先启动要调试的内核，对于上面，执行下面的命令
./linux ubda=root_fs  效果如下图

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2011-06-17 14:08 上传

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评论（8）

那一片橙海， 2022-10-22 04:04:52

本帖最后由 jjinl 于 2011-06-17 14:19 编辑

其次查找上述UML的进程PID如下图，注意需要pid最小的那一个

4.png (17.23 KB, 下载次数: 29)

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2011-06-17 14:13 上传



接着使用gdb调试，命令：”gdb program xxx”其中xxx为名为linux的进程中pid最小的pid号，操作如下图

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2011-06-17 14:13 上传



现在运行UML的那个终端已被停止，我们在link_path_walk打一个断点，如下图

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2011-06-17 14:14 上传



接下来在gdb中执行 continue，如下图

7.png (33 KB, 下载次数: 22)

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2011-06-17 14:14 上传



在上图中，他自动在link_path_walk停住，如果没有停住，先检查断点是否正确，你可以在uml中输入，例如ls命令，就会使之跑到这里
调试效果如下

8.png (42.46 KB, 下载次数: 19)

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2011-06-17 14:15 上传


9.png (55.33 KB, 下载次数: 18)

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2011-06-17 14:15 上传


10.png (46.23 KB, 下载次数: 27)

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2011-06-17 14:15 上传



下个星期补充....link_path_walk函数流程

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风月客 2022-10-22 04:04:52

回复 1# jjinl

感谢 LZ 分享。

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被翻牌 2022-10-22 04:04:52

我们主要调试的函数是在fs/namei.c 的817行的link_path_walk,，在调试之前，为了便于说明一些情况，我们对这个源码进行小幅度的修改，输出当前进程的task_struct,代码如下

1.png (18.82 KB, 下载次数: 25)

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2011-06-20 11:39 上传



接下来我们重点讲述这个函数，

2.png (32.67 KB, 下载次数: 17)

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2011-06-20 11:39 上传



上述一个断点产生在link_path_walk上，在执行路径名到inode转换前，需要对相关结构进行初始化，包括查找的起始路径，查找的标志，这些信息都暂时存放在struct nameidate *nd中，这个结果内容如下

  1. struct nameidata {
  2.         struct path        path;
  3.         struct qstr        last;
  4.         struct path        root;
  5.         unsigned int        flags;
  6.         int                last_type;
  7.         unsigned        depth;
  8.         char *saved_names[MAX_NESTED_LINKS + 1];
  10.         /* Intent data */
  11.         union {
  12.                 struct open_intent open;
  13.         } intent;
  14. };

复制代码接下来我们打印一下，看看nd中到底有什么

3.png (38.53 KB, 下载次数: 25)

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2011-06-20 11:39 上传



我们知道要查找的文件是“/dev/initctl”，是绝对路径的查找，上图中第一部分是nd中的内容。其中
nd->path->mnt                =0xa0524e0
nd->path->dentry                =0x9c49214
pcur->fs->pwd->mnt        =0xa0524e0
pcur->fs->pwd->dentry        =0x9c49214
pcur->fs->root->mnt        =0xa0524e0
pcur->fs->root->dentry        =0x9c49214
$esp                        =0xa05cb4c
Pcur                        =0xa05bb20
有没有发现nd中的path的内容和当前的进程的fs->pwd和root是一样的，这是这样的在查找之前对判断路径名的第一个字母如果是”/”,则把当前进程的fs->root赋值给nd->path;如果是”.”则把当前进程的fs->pwd赋值给nd->path,因为我的系统当前在根目录下所以会有，fs->root=fs->pwd.最后我打印出寄存器esp的内容和当前函数中的局部变量pcur的地址如下图。大家有没有发现esp和当前函数的局部变量的关系，当前处于内核态，esp指向内核栈，这些局部变量使用当前进程的内核栈，内核栈的很小，使用的时候应当注意

4.png (14.98 KB, 下载次数: 19)

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2011-06-20 11:39 上传



言归正传，在826行处理路径名最前面的任何“/”接下来准备取出第一个路径分量，在inode中查找对应的文件（文件夹）如下图，831行，

5.png (27.21 KB, 下载次数: 22)

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2011-06-20 11:39 上传



对取出来的路径分量进行散列计算，接下来判断路径分量中的路径名是否为特殊的文件名如”.”,”..”

6.png (22.56 KB, 下载次数: 18)

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2011-06-20 11:39 上传



838行的do_lookup查找对应this这个字符串在nd->path中对应的路径分量，结果放在next中，接着888行取出对应路径分量的inode
.........

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維他命╮ 2022-10-22 04:04:52

good

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酒几许 2022-10-22 04:04:52

强烈支持一下

回复
々眼睛长脚气 2022-10-22 04:04:52

好文，顶。
最近弄了个UML，流程和Lz一样。但是每次只能成功启动一次。启动进入shell 后我init 0关机后。再次启动
./linux ubda=root_fs
就挂了，出错如下，帮忙看看，谢谢

[img]EXT3-fs (ubda): error: couldn't mount because of unsupported optional features (240)
EXT2-fs (ubda): error: couldn't mount because of unsupported optional features (240)
EXT4-fs (ubda): mounted filesystem with ordered data mode. Opts: (null)
VFS: Mounted root (ext4 filesystem) readonly on device 98:0.
                Welcome to Fedora
Starting udev: udevd[232]: failed to create queue file: No such file or directory

udevd[232]: error creating queue file

error sending message: Connection refused
udevadm[235]: error sending message: Connection refused

[FAILED]
Setting hostname localhost:  [  OK  ]
Checking filesystems
Checking all file systems.
[  OK  ]
Remounting root filesystem in read-write mode:  mount: can't find / in /etc/fstab or /etc/mtab
[FAILED]
mount: can't find / in /etc/fstab or /etc/mtab
Mounting local filesystems:  [  OK  ]
chmod: changing permissions of `/var/lib/random-seed': Read-only file system
rm: cannot remove `/var/run/utmp': Read-only file system
rm: cannot remove `/var/run/cron.reboot': Read-only file system
/etc/rc.d/rc.sysinit: line 593: /var/run/utmp: Read-only file system
touch: cannot touch `/var/log/wtmp': Read-only file system
touch: cannot touch `/var/log/btmp': Read-only file system
chgrp: changing group of `/var/run/utmp': Read-only file system
chgrp: changing group of `/var/log/wtmp': Read-only file system
chgrp: changing group of `/var/log/btmp': Read-only file system
chmod: changing permissions of `/var/run/utmp': Read-only file system
chmod: changing permissions of `/var/log/wtmp': Read-only file system
chmod: changing permissions of `/var/log/btmp': Read-only file system
rm: cannot remove `/tmp/.ICE-unix': Read-only file system
chown: changing ownership of `/tmp/.ICE-unix': Read-only file system
Enabling /etc/fstab swaps:  [  OK  ]
modprobe: FATAL: Could not load /lib/modules/2.6.38-124329-gebcb904/modules.dep: No such file or directory

mv: cannot move `/var/log/dmesg' to `/var/log/dmesg.old': Read-only file system
/etc/rc.d/rc.sysinit: line 651: /var/log/dmesg: Read-only file system
modprobe: FATAL: Could not load /lib/modules/2.6.38-124329-gebcb904/modules.dep: No such file or directory

Entering non-interactive startup
Starting auditd: modprobe: FATAL: Could not load /lib/modules/2.6.38-124329-gebcb904/modules.dep: No such file or directory

[FAILED]
Starting system logger: Can't open or create /var/run/syslogd.pid.
Can't write pid.
[img][/img][/img]

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谜兔 2022-10-22 04:04:52

有时间我也搞个UML试试，才听说这个东西

回复
全部不再 2022-10-22 04:04:52

回复 7# 懂医术的厨师

你好，请问下以上帖子中你提及的问题解决了吗？如何解决的啊，我也遇到了相似的问题，还望交流下，谢谢~！
   

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