Отладка ядра в Bochs с отладочными символами

• 

  rgimad

  Posts 184

  Joined: Mon Apr 06, 2020 1:09 pm

  Mon Sep 28, 2020 4:29 pm

  Здравствуйте. В этой инструкции я расскажу как можно с удобством отлаживать ядро KolibriOS во встроенном отладчике эмулятора Bochs. Насколько мне известно, раньше для отладки ядра колибри применяли magic breakpoint'ы в bochs (xchg bx, bx) . Этот способ простой, но далеко не самый удобный, потому что каждый раз приходится менять код и пересобирать ядро, для того чтобы просто переставить брейкпоинт с одного места на другое. Я же покажу, как можно сгенерировать отладочные символы для всего ядра и как их использовать при отладке.
  
  В отладчике Bochs'a есть замечательная возможность, можно загрузить отладочные символы из .map файла. Причем, данный формат крайне простой - это просто набор строк вида

  Code: Select all

  16ичныйадрес имя

  , например

  Code: Select all

  0000000080023628 create_usb_thread

  . Значит, создав такой файл и скормив его bochs'у, мы сможем, к примеру, ставить брейкпоинты, зная только имя функции, смотреть значения переменных, зная их имя - согласитесь, очень удобно.
  
  Но как нам сформировать этот самый .map файл? Ведь в ядре тысячи переменных и функций, не будем же мы руками вбивать их и их адреса в файл?
  Поэтому за нас это сделает софт.
  
  Сперва, мы должны скомпилировать ядро Колибри с отладочными символами, да, fasm умеет их генерировать, у него свой формат .fas. Для этого возьмем build.bat и изменим строку

  Code: Select all

  fasm -m 65536 kernel.asm kernel.mnt

  на строку

  Code: Select all

  fasm -m 65536 kernel.asm -s kernel.fas kernel.mnt

  Запустим, теперь у нас кроме kernel.mnt появится kernel.fas
  
  Сам формат .fas досточно сложный, нам же потребуется лишь малая часть информации из него. Воспользуемся утилитой symbols, она поставляется вместе с самим fasm'ом (чтобы скомпилировать ее, зайдите в tools/win32 и выполните fasm symbols.asm symbols.exe). Данная утилита читает из .fas файла имена и адреса символов, а также место их объявления в исходнике. Теперь выполним

  Code: Select all

  symbols kernel.fas kernel.txt

  В получившемся файле kernel.txt мы увидим строки наподобие

  Code: Select all

  tcp_output.options_done: 0x00000000800336B6, defined in network/tcp_output.inc[404]

  . Как видите, это не соответствует формату .map для отладчика bochs'a. Нужно написать конвертер.
  
  Наконец, для конвертации в .map мы пишем скрипт на питоне fastxt2bochs_map.py следующего содержания:

  Code: Select all

  import re
  import sys
  if len(sys.argv) < 2 or sys.argv[1].strip() == '':
      print('error: no input file\nusage: {:s} <file>'.format(sys.argv[0]))
      exit(-1)
  inp_path = sys.argv[1].strip()
  out_path = inp_path + '.map'
  inp = open(inp_path,'r')
  inp_text = inp.read()
  inp.close()
  regex1 = re.compile(r"[\S]+\:\s0x[\da-fA-F]*")
  res = re.findall(regex1, inp_text)
  #print(res)
  out = open(out_path, 'w')
  for ln in res:
      splt = ln.split()
      sym_addr = int(splt[1],16)
      sym_name = splt[0][:-1]
      out.write('{:016x} {:s}\n'.format(sym_addr, sym_name))
  out.close()
  
  

  Далее выполняем

  Code: Select all

  fastxt2bochs_map.py kernel.txt

  После этого мы получаем файл kernel.txt.map - отладочные символы для bochs готовы!
  
  Теперь расскажу как с ними, собственно, работать. Сначала приготовьте образ Колибри, скачайте самый свежий kolibri.img (это важно т.к если ваш образ колибри более старый (прошлогодний например), чем исходники ядра из которых вы получили символы на предыдущем шаге, то могут быть проблемы). Далее настраиваем конфигурацию машины (я просто прикреплю свой bochsrc.bxrc в конце).
  
  Запускаем нашу машину в Bochs дебаггере (bochsdbg) . Видим такое приглашение ко вводу <bochs:1>
  Далее выполняем следующие команды.
  Загружаем наши отладочные символы:

  Code: Select all

  ldsym "kernel.txt.map"

  Ставим брейкпоинт на какую-нибудь функцию, например:

  Code: Select all

  lb "high_code"

  Запустим выполнение кода до брейкпоинта:

  Code: Select all

  cont

  .
  Дойдя до брейкпоинта, bochs останавливает выполнение кода и снова дает возможность вводить нам команды.
  Выведем, например, значения всех регистров, набрав команду:

  Code: Select all

  r

  Дизассемблируем, например, некоторое количество инструкций от начала нашей функции:

  Code: Select all

  u "high_code" "high_code"+50

  Можем смотреть значения переменных по имени, например читаем 4-байтовую:

  Code: Select all

  x /1wx "CURRENT_TASK"

  Изучение всех команд отладчика Bochs выходит за рамки данного мануала, поэтому предлагаю еще почитать справку по ним http://bochs.sourceforge.net/doc/docboo ... ugger.html
  
  P.S мой файл bochsrc.bxrc (пути только на свои подправьте ) :

  Spoiler:

  # configuration file generated by Bochs
  plugin_ctrl: unmapped=true, biosdev=true, speaker=true, extfpuirq=true, parallel=true, serial=true, gameport=true
  config_interface: win32config
  display_library: win32
  memory: host=128, guest=128
  romimage: file="D:\ProgramFiles\Bochs-2.6.11/BIOS-bochs-latest", address=0x00000000, options=none
  vgaromimage: file="D:\ProgramFiles\Bochs-2.6.11/VGABIOS-lgpl-latest"
  boot: floppy
  floppy_bootsig_check: disabled=0
  floppya: type=1_44, 1_44="D:\Documents\ПРОГРАММНЫЕ ПРОЕКТЫ И ЗАДАЧИ\KolibriOS_projects\Kolibri_kernel\trunk\kolibri.img", status=inserted, write_protected=0
  # no floppyb
  ata0: enabled=true, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14
  ata0-master: type=none
  ata0-slave: type=none
  ata1: enabled=true, ioaddr1=0x170, ioaddr2=0x370, irq=15
  ata1-master: type=none
  ata1-slave: type=none
  ata2: enabled=false
  ata3: enabled=false
  optromimage1: file=none
  optromimage2: file=none
  optromimage3: file=none
  optromimage4: file=none
  optramimage1: file=none
  optramimage2: file=none
  optramimage3: file=none
  optramimage4: file=none
  pci: enabled=1, chipset=i440fx
  vga: extension=vbe, update_freq=60, realtime=1
  cpu: count=1, ips=8000000, model=bx_generic, reset_on_triple_fault=1, cpuid_limit_winnt=0, ignore_bad_msrs=1, mwait_is_nop=0
  cpuid: level=6, stepping=3, model=3, family=6, vendor_string="GenuineIntel", brand_string=" Intel(R) Pentium(R) 4 CPU "
  cpuid: mmx=true, apic=xapic, simd=sse2, sse4a=false, misaligned_sse=false, sep=true
  cpuid: movbe=false, adx=false, aes=false, sha=false, xsave=false, xsaveopt=false, x86_64=true
  cpuid: 1g_pages=false, pcid=false, fsgsbase=false, smep=false, smap=false, mwait=true
  cpuid: vmx=1
  print_timestamps: enabled=0
  port_e9_hack: enabled=0
  private_colormap: enabled=0
  clock: sync=none, time0=local, rtc_sync=1
  # no cmosimage
  log: -
  logprefix: %t%e%d
  debug: action=ignore
  info: action=report
  error: action=report
  panic: action=ask
  keyboard: type=mf, serial_delay=200, paste_delay=100000, user_shortcut=none
  mouse: type=ps2, enabled=false, toggle=ctrl+f10
  sound: waveoutdrv=win, waveout=none, waveindrv=win, wavein=none, midioutdrv=win, midiout=none
  speaker: enabled=true, mode=sound
  parport1: enabled=true, file=none
  parport2: enabled=false
  com1: enabled=true, mode=null
  com2: enabled=false
  com3: enabled=false
  com4: enabled=false

  • Quote

  The best way to predict the future is to create it.