@qqiseeu 2013-12-04T18:31:23.000000Z 字数 3130 阅读 3147

调试在64位Debian上编译好的Linux 0.11（二）

本机环境:

SMP Debian 3.11.6-1 (2013-10-27) x86_64 GNU/Linux
gcc (Debian 4.8.2-5) 4.8.2
GNU assembler (GNU Binutils for Debian) 2.23.90.20131116
GNU ld (GNU Binutils for Debian) 2.23.90.20131116
Bochs x86 Emulator 2.6

编译时的一些设定：

./Makefile

RAMDISK = -DRAMDISK=512  #设定虚拟盘大小为512KB
ROOT_DEV=FLOPPY
LD  =ld -m elf_i386 -Ttext 0 -e startup_32

2.问题

2.在显示出“Loading system”信息后就停止运行（续上篇文章）

类似的，main()中drive_info=DRIVE_INFO一行对应的汇编代码也使用了rep，而此时DF置位。在main()函数执行前使DF置位的命令只可能在boot/下的文件中出现。使用egrep寻找知：

~/Src/LinuxKernel/0.11/linux-0.11-deb$ egrep -nr '\<std\>' boot/
boot/head.s:209:    std

在213行加个cld就好。

3.又出现类似问题2.1的情况

使用gdb单步调试，发现在转入进程1并执行init()->setup()->bread()调用时，触发page fault，且在do_no_page()->get_free_page()时跳转到一个全零的内存区域。检查汇编代码发现get_free_page()的地址并没有错误，但是其代码应该在的地方被清零了。

初步猜测是

bootsect加载system模块时出错；
setup.s移动system模块时出错；
get_free_page()所在的内存区域被违规擦写了。

重新调试程序，刚进入main()函数时立即查看get_free_page()所在内存位置，发现其代码就在该处，因此可以排除前两条猜测。设断点于bread()函数，单步调试发现从bread()->ll_rw_block()->make_request()->add_request()->do_hd_request()->reset_hd()->reset_hd()->hd_out()的整个过程都未出现问题。这时时钟中断被触发（注意这是第一次触发时钟中断），继续step into发现在time_interrupt()->do_timer()的过程中，do_timer()调用了一个next_timer指向的函数，然而next_timer按理来说应该被初始化为NULL。查看其值发现next_timer = 0x113。

再次从头开始调试，发现在setup.s中把system模块从0x10000移到0x00000之后，next_timer就已经是非NULL值了。进一步检查发现sched.c中定义的所有全局static变量都被错误初始化了（我不知道为什么，如果有人知道的话请一定留言告诉我，谢谢！）。

修改方法：在sched_init()函数最后将上述全局static变量手动初始化：

/* 
 * all the static variable with global scope defined in this
 * file are initialized incorrectly. I don't know why :-(
 */
memset(timer_list, 0, sizeof(timer_list));
if (next_timer != NULL)
    next_timer = NULL;

for (i=0; i<4; i++) {
    wait_motor[i] = NULL;
    mon_timer[i] = moff_timer[i] = 0;
}

之后可以正确进入mount_root()函数并在屏幕上打印

Insert root floppy and press ENTER

的提示。

4.插入系统盘并回车后，系统假死

从mount_root()函数开始调试，仔细检查从

mount_root()->read_super()->check_disk_change()->floppy_change()->floppy_on()->sleep_on()->...

的整个流程，均未发现问题。然而在mount_root()调用iget()以获取第一个空闲inode时，发现inode_table[]也没有被正确地初始化为全零。意识到可能还有更多的全局变量/静态全局变量的初始化存在问题，我检查了内核中定义的所有全局变量/静态全局变量，发现还有last_task_used_math、startup_time、jiffies、last_pid也未正确初始化。手动将它们重置即可，或是干脆写个函数来一次性解决这个问题。（见这里）

5.init()函数第一次调用open()时出错，无法打开“/dev/tty0”

修复后可以成功装载根文件系统，接下来执行到open处再次出错。单步调试进入open_namei()->dir_namei()->get_dir()->find_entry()后发现，传给find_entry()的参数name在调用match()后值发生变化，然而match()函数不应该修改name的值:

static int match(int len,const char * name,struct dir_entry * de)
{
    register int same;

    if (!de || !de->inode || len > NAME_LEN)
        return 0;
    if (len < NAME_LEN && de->name[len])
        return 0;
    __asm__("cld\n\t"
            "fs ; repe ; cmpsb\n\t"
            "setz %%al"
            :"=a" (same)
             :"0" (0),"S" ((long) name),"D" ((long) de->name),"c" (len));
    return same;
 }

为name增加一个watch point可注意到，在调用match()前，name被从edx寄存器移到esi寄存器中，而match()函数在未保存esi的情况下使用且改变了esi寄存器的值（通过rep指令），且在match()返回后，find_entry()依然通过esi中的地址来取name指向的字符串，这就造成每次调用match()后，name的值都不一样了。

通过反汇编find_entry()的目标代码发现，其调用match()时没有使用call指令，而是直接把match()的汇编代码嵌入到自己的汇编代码中去了，然后因其指定输入寄存器esi中的内容为name，所以之前有一个把name从edx移入esi的动作。gcc默认用来传递参数的寄存器是eax、edx、ecx，因此gcc会自动考虑是否需要“保存/恢复”这三个寄存器的指令。而match()使用内联汇编时操作的esi、edi作为手动指定的寄存器，需要自己增加保存/恢复的指令。

修改方法：在match()的内联汇编的前后使用push/pop保存并恢复esi寄存器的值。

注意到内核代码中存在大量内联汇编，它们都可能出现类似问题，因此应给所有使用esi/edi作为输入寄存器的内联汇编代码前后加上一对pushl/popl。

3.结语

做完上述修改后内核就可以在bochs中运行了。我把所有对内核代码的修改生成了一个patch文件，放在github上。由于水平所限，有一些问题的原理我也不清楚，解决的时候带有一点猜的性质，如果大家发现文中存在什么错误，还请一定指出。