如何通过qemu运行调试Lab1练习2的软件？
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本文共计1733个文字，预计阅读时间需要7分钟。
练习二：使用qemu执行并调试lab1中的软件1. 目的：为了熟悉使用qemu和gdb进行调试的工作，我们进行以下小练习：+ 从CPU加电后执行的第一条指令开始，逐步跟踪BIOS的执行。
练习二：使用qemu执行并调试lab1中的软件。 1.题目要求：为了熟悉使用qemu和gdb进行的调试工作，我们进行如下的小练习：
- 从CPU加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪BIOS的执行。
- 在初始化位置0x7c00设置实地址断点,测试断点正常。
- 从0x7c00开始跟踪代码运行,将单步跟踪反汇编得到的代码与bootasm.S和 bootblock.asm进行比较。
- 自己找一个bootloader或内核中的代码位置，设置断点并进行测试。
提示：参考附录“启动后第一条执行的指令”，可了解更详细的解释，以及如何单步调试和查看BIOS代码。
提示：查看 labcodes_answer/lab1_result/tools/lab1init 文件，用如下命令试试如何调试bootloader第一条指令：
$ cd labcodes_answer/lab1_result/ $ make lab1-mon
补充材料： 我们主要通过硬件模拟器qemu来进行各种实验。在实验的过程中我们可能会遇上各种各样的问题，调试是必要的。qemu支持使用gdb进行的强大而方便的调试。所以用好qemu和gdb是完成各种实验的基本要素。
默认的gdb需要进行一些额外的配置才进行qemu的调试任务。qemu和gdb之间使用网络端口1234进行通讯。在打开qemu进行模拟之后，执行gdb并输入
target remote localhost:1234
即可连接qemu，此时qemu会进入停止状态，听从gdb的命令。
另外，我们可能需要qemu在一开始便进入等待模式，则我们不再使用make qemu开始系统的运行，而使用make debug来完成这项工作。这样qemu便不会在gdb尚未连接的时候擅自运行了。
*gdb的地址断点*
在gdb命令行中，使用b *[地址]便可以在指定内存地址设置断点，当qemu中的cpu执行到指定地址时，便会将控制权交给gdb。
*关于代码的反汇编*
有可能gdb无法正确获取当前qemu执行的汇编指令，通过如下配置可以在每次gdb命令行前强制反汇编当前的指令，在gdb命令行或配置文件中添加：
define hook-stop
x/i $pc
end
即可
*gdb的单步命令*
在gdb中，有next, nexti, step, stepi等指令来单步调试程序，他们功能各不相同，区别在于单步的“跨度”上。
next 单步到程序源代码的下一行，不进入函数。
nexti 单步一条机器指令，不进入函数。
step 单步到下一个不同的源代码行（包括进入函数）。
stepi 单步一条机器指令。
2.预备知识：lab1init解释
实际上练习二就是把tools/gdbinit改为tools/lab1init的样子，lab1init是课程给的答案，我们需要完成相应的内容。不熟的可以先看看lab1init中有什么。lab1init是在哪里调用了呢？
首先看lab1-mon，进入Makefile查看发现：
lab1-mon: $(UCOREIMG)
$(V)$(TERMINAL) -e "$(QEMU) -S -s -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log -monitor stdio -hda $< -serial null"
$(V)sleep 2
$(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -x tools/lab1init"
这条命令可以看出来大致干的两件事：
1.让qemu把它的执行指令记录下来，放到q.log中
2.和GDB结合来调试正在执行的bootloader
其中"gdb -q -x tools/lab1init"是一条初始化执行指令，lab1init文件内容如下：
file bin/kernel
target remote :1234
set architecture i8086
b *0x7c00
continue
x /2i $pc
这里面都是gdb能够识别的命令。
第一行的意思是加载bin/kernel文件，这其实就是加载符号信息了，实际上是ucore的信息。
第二、三行的意思是与qemu进行连接，通过TRP进行连接。刚开始BIOS是进入8086的16位实模式方式，一直到0x7C00在BIOS这个阶段启动，最后把bootloader加载进去，把控制权交给bootloader，那么bootloader第一条指令就是在0X7C00处。
第四行的意思是在这个位置设置一个断点，break 0x7C00
第五行continue是让系统继续运行
最后一条x/2i $pc 就是显示两条pc指令
可以输入make lab1-mon，它将启动两个窗口，一个是调试窗口，另一个是qemu，但是断下来了，就是断在了0X7C00处。
如果你想显示更多调试信息，可以输入x/10i $pc，可以把当前的十条指令都显示出来。
这些指令在什么地方？我们启动代码boot文件夹下存放bootloader，可以看到在bootasm.S中第16行开始，它这个指令和刚才看到的gdb里面的指令是一样的
让qemu继续运行，可以输入continue
看到这时候它跑的很快，就是这里面已经把ucore都加进来了
最后可以按ctrl+C终止，输入quit退出
3.问题一、从CPU加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪BIOS的执行。 1.修改gdbinit文件可以直接在eclipse里面修改也可以使用vim命令进行修改
这里我使用vim命令，注意要先进入~/ucore/labcodes_answer/lab1_result/tools目录下
输入vim gdbinit
将gdbinit内容更改为：
set architecture i8086
target remote :1234
2.make debug
在Makefile中可以看到debug这个命令
debug: $(UCOREIMG)
$(V)$(QEMU) -S -s -parallel stdio -hda $< -serial null &
$(V)sleep 2
$(V)$(TERMINAL) -e "cgdb -q -x tools/gdbinit"
有两个功能
1.连接qemu
2.和CGDB结合来调试正在执行的bootloader
输入cd ..，退回到上一级目录
输入make debug，这里我出现了cgdb错误
具体原因还没弄清，只能将Makefile文件中对应的cgdb修改为gdb,输入make debug
在gdb窗口中使用si命令即可单步追踪（注意：你不必每次输入si，输入一次si后，只要按回车即可执行上次的指令）
也可以用nexti:(nexti 单步一条机器指令，不进入函数。)
在gdb界面下，可通过如下命令来看BIOS的代码：x /2i $pc
4.问题二、在初始化位置0x7c00设置实地址断点,测试断点正常。 1.修改gdbinit文件target remote :1234 //连接qemu，此时qemu会进入停止状态，听从gdb的命令
set architecture i8086 //设置当前调试的CPU是8086
b *0x7c00 //在0x7c00处设置断点。此地址是bootloader入口点地址，可看boot/bootasm.S的start地址处
c //continue简称，表示继续执行
x/10i $pc //显示当前eip处的汇编指令
2.make debug
反汇编得到的前几条代码是：
下面是bootasm.S中部分代码：
start:
.code16 # Assemble for 16-bit mode
cli # Disable interrupts
cld # String operations increment
# Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
xorw %ax, %ax # Segment number zero
movw %ax, %ds # -> Data Segment
movw %ax, %es # -> Extra Segment
movw %ax, %ss # -> Stack Segment
# Enable A20:
# For backwards compatibility with the earliest PCs, physical
# address line 20 is tied low, so that addresses higher than
# 1MB wrap around to zero by default. This code undoes this.
seta20.1:
inb $0x64, %al # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
testb $0x2, %al
jnz seta20.1
movb $0xd1, %al # 0xd1 -> port 0x64
outb %al, $0x64 # 0xd1 means: write data to 8042's P2 port
下面是bootblock.asm中的部分代码：
start:
.code16 # Assemble for 16-bit mode
cli # Disable interrupts
7c00: fa cli
cld # String operations increment
7c01: fc cld
# Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
xorw %ax, %ax # Segment number zero
7c02: 31 c0 xor %eax,%eax
movw %ax, %ds # -> Data Segment
7c04: 8e d8 mov %eax,%ds
movw %ax, %es # -> Extra Segment
7c06: 8e c0 mov %eax,%es
movw %ax, %ss # -> Stack Segment
7c08: 8e d0 mov %eax,%ss
比较可知，三者基本一致。
6.问题四、自己找一个bootloader或内核中的代码位置，设置断点并进行测试。同上面的一样，修改gdbinit文件中的断点位置
本文共计1733个文字，预计阅读时间需要7分钟。
练习二：使用qemu执行并调试lab1中的软件1. 目的：为了熟悉使用qemu和gdb进行调试的工作，我们进行以下小练习：+ 从CPU加电后执行的第一条指令开始，逐步跟踪BIOS的执行。
练习二：使用qemu执行并调试lab1中的软件。 1.题目要求：为了熟悉使用qemu和gdb进行的调试工作，我们进行如下的小练习：
- 从CPU加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪BIOS的执行。
- 在初始化位置0x7c00设置实地址断点,测试断点正常。
- 从0x7c00开始跟踪代码运行,将单步跟踪反汇编得到的代码与bootasm.S和 bootblock.asm进行比较。
- 自己找一个bootloader或内核中的代码位置，设置断点并进行测试。
提示：参考附录“启动后第一条执行的指令”，可了解更详细的解释，以及如何单步调试和查看BIOS代码。
提示：查看 labcodes_answer/lab1_result/tools/lab1init 文件，用如下命令试试如何调试bootloader第一条指令：
$ cd labcodes_answer/lab1_result/ $ make lab1-mon
补充材料： 我们主要通过硬件模拟器qemu来进行各种实验。在实验的过程中我们可能会遇上各种各样的问题，调试是必要的。qemu支持使用gdb进行的强大而方便的调试。所以用好qemu和gdb是完成各种实验的基本要素。
默认的gdb需要进行一些额外的配置才进行qemu的调试任务。qemu和gdb之间使用网络端口1234进行通讯。在打开qemu进行模拟之后，执行gdb并输入
target remote localhost:1234
即可连接qemu，此时qemu会进入停止状态，听从gdb的命令。
另外，我们可能需要qemu在一开始便进入等待模式，则我们不再使用make qemu开始系统的运行，而使用make debug来完成这项工作。这样qemu便不会在gdb尚未连接的时候擅自运行了。
*gdb的地址断点*
在gdb命令行中，使用b *[地址]便可以在指定内存地址设置断点，当qemu中的cpu执行到指定地址时，便会将控制权交给gdb。
*关于代码的反汇编*
有可能gdb无法正确获取当前qemu执行的汇编指令，通过如下配置可以在每次gdb命令行前强制反汇编当前的指令，在gdb命令行或配置文件中添加：
define hook-stop
x/i $pc
end
即可
*gdb的单步命令*
在gdb中，有next, nexti, step, stepi等指令来单步调试程序，他们功能各不相同，区别在于单步的“跨度”上。
next 单步到程序源代码的下一行，不进入函数。
nexti 单步一条机器指令，不进入函数。
step 单步到下一个不同的源代码行（包括进入函数）。
stepi 单步一条机器指令。
2.预备知识：lab1init解释
实际上练习二就是把tools/gdbinit改为tools/lab1init的样子，lab1init是课程给的答案，我们需要完成相应的内容。不熟的可以先看看lab1init中有什么。lab1init是在哪里调用了呢？
首先看lab1-mon，进入Makefile查看发现：
lab1-mon: $(UCOREIMG)
$(V)$(TERMINAL) -e "$(QEMU) -S -s -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log -monitor stdio -hda $< -serial null"
$(V)sleep 2
$(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -x tools/lab1init"
这条命令可以看出来大致干的两件事：
1.让qemu把它的执行指令记录下来，放到q.log中
2.和GDB结合来调试正在执行的bootloader
其中"gdb -q -x tools/lab1init"是一条初始化执行指令，lab1init文件内容如下：
file bin/kernel
target remote :1234
set architecture i8086
b *0x7c00
continue
x /2i $pc
这里面都是gdb能够识别的命令。
第一行的意思是加载bin/kernel文件，这其实就是加载符号信息了，实际上是ucore的信息。
第二、三行的意思是与qemu进行连接，通过TRP进行连接。刚开始BIOS是进入8086的16位实模式方式，一直到0x7C00在BIOS这个阶段启动，最后把bootloader加载进去，把控制权交给bootloader，那么bootloader第一条指令就是在0X7C00处。
第四行的意思是在这个位置设置一个断点，break 0x7C00
第五行continue是让系统继续运行
最后一条x/2i $pc 就是显示两条pc指令
可以输入make lab1-mon，它将启动两个窗口，一个是调试窗口，另一个是qemu，但是断下来了，就是断在了0X7C00处。
如果你想显示更多调试信息，可以输入x/10i $pc，可以把当前的十条指令都显示出来。
这些指令在什么地方？我们启动代码boot文件夹下存放bootloader，可以看到在bootasm.S中第16行开始，它这个指令和刚才看到的gdb里面的指令是一样的
让qemu继续运行，可以输入continue
看到这时候它跑的很快，就是这里面已经把ucore都加进来了
最后可以按ctrl+C终止，输入quit退出
3.问题一、从CPU加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪BIOS的执行。 1.修改gdbinit文件可以直接在eclipse里面修改也可以使用vim命令进行修改
这里我使用vim命令，注意要先进入~/ucore/labcodes_answer/lab1_result/tools目录下
输入vim gdbinit
将gdbinit内容更改为：
set architecture i8086
target remote :1234
2.make debug
在Makefile中可以看到debug这个命令
debug: $(UCOREIMG)
$(V)$(QEMU) -S -s -parallel stdio -hda $< -serial null &
$(V)sleep 2
$(V)$(TERMINAL) -e "cgdb -q -x tools/gdbinit"
有两个功能
1.连接qemu
2.和CGDB结合来调试正在执行的bootloader
输入cd ..，退回到上一级目录
输入make debug，这里我出现了cgdb错误
具体原因还没弄清，只能将Makefile文件中对应的cgdb修改为gdb,输入make debug
在gdb窗口中使用si命令即可单步追踪（注意：你不必每次输入si，输入一次si后，只要按回车即可执行上次的指令）
也可以用nexti:(nexti 单步一条机器指令，不进入函数。)
在gdb界面下，可通过如下命令来看BIOS的代码：x /2i $pc
4.问题二、在初始化位置0x7c00设置实地址断点,测试断点正常。 1.修改gdbinit文件target remote :1234 //连接qemu，此时qemu会进入停止状态，听从gdb的命令
set architecture i8086 //设置当前调试的CPU是8086
b *0x7c00 //在0x7c00处设置断点。此地址是bootloader入口点地址，可看boot/bootasm.S的start地址处
c //continue简称，表示继续执行
x/10i $pc //显示当前eip处的汇编指令
2.make debug
反汇编得到的前几条代码是：
下面是bootasm.S中部分代码：
start:
.code16 # Assemble for 16-bit mode
cli # Disable interrupts
cld # String operations increment
# Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
xorw %ax, %ax # Segment number zero
movw %ax, %ds # -> Data Segment
movw %ax, %es # -> Extra Segment
movw %ax, %ss # -> Stack Segment
# Enable A20:
# For backwards compatibility with the earliest PCs, physical
# address line 20 is tied low, so that addresses higher than
# 1MB wrap around to zero by default. This code undoes this.
seta20.1:
inb $0x64, %al # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
testb $0x2, %al
jnz seta20.1
movb $0xd1, %al # 0xd1 -> port 0x64
outb %al, $0x64 # 0xd1 means: write data to 8042's P2 port
下面是bootblock.asm中的部分代码：
start:
.code16 # Assemble for 16-bit mode
cli # Disable interrupts
7c00: fa cli
cld # String operations increment
7c01: fc cld
# Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
xorw %ax, %ax # Segment number zero
7c02: 31 c0 xor %eax,%eax
movw %ax, %ds # -> Data Segment
7c04: 8e d8 mov %eax,%ds
movw %ax, %es # -> Extra Segment
7c06: 8e c0 mov %eax,%es
movw %ax, %ss # -> Stack Segment
7c08: 8e d0 mov %eax,%ss
比较可知，三者基本一致。
6.问题四、自己找一个bootloader或内核中的代码位置，设置断点并进行测试。同上面的一样，修改gdbinit文件中的断点位置