專利名稱：一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試方法及裝置，特別是涉及一種可以使用普通調(diào)試器對(duì)內(nèi)核態(tài)程序進(jìn)行調(diào)試的方法及裝置。
背景技術(shù)：
操作系統(tǒng)為了安全的考慮為程序設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行態(tài)用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。普通應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶態(tài)，部分特殊程序和操作系統(tǒng)本身運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。目前的調(diào)試器設(shè)計(jì)來調(diào)試用戶態(tài)的程序，對(duì)于內(nèi)核態(tài)的程序，只能使用打印或?qū)Ｓ眯酒{(diào)試接口來進(jìn)行調(diào)試，其缺點(diǎn)是1)使用打印方法其實(shí)是沒有調(diào)試功能，完全根據(jù)經(jīng)驗(yàn)仿制打印語句，而且每次必須重新編譯，造成調(diào)試效率低下。
2)使用專用芯片調(diào)試接口的使用方法與芯片相關(guān)，各不相同，有較長的學(xué)習(xí)周期。
3)芯片調(diào)試接口只能進(jìn)行原始的語句調(diào)試，不能感知進(jìn)程狀態(tài)，內(nèi)存使用等信息，使用很不方便。
以上的種種不便使內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試很不方便，也導(dǎo)致了開發(fā)的困難。因此一般做法是盡量減少內(nèi)核態(tài)程序的編寫，只將驅(qū)動(dòng)等簡單流程的程序放入內(nèi)核態(tài)，而其它部分放在用戶態(tài)運(yùn)行，期望以簡單的內(nèi)核態(tài)程序來彌補(bǔ)調(diào)試的困難，但這不是根本的解決之道，而且對(duì)于性能要求較高的實(shí)時(shí)應(yīng)用來說，應(yīng)盡量將程序放入內(nèi)核態(tài)，以減少不同運(yùn)行狀態(tài)之間切換的開銷，因此，迫切需要一種能方便在內(nèi)核態(tài)進(jìn)行程序調(diào)試的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的方法及裝置，解決普通調(diào)試器不能調(diào)試運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)的程序的缺點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的方法，其特點(diǎn)在于，通過設(shè)置運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的調(diào)試樁模塊和運(yùn)行在用戶態(tài)的前臺(tái)調(diào)試代理模塊，使所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊與所述調(diào)試樁模塊進(jìn)行通信，所述調(diào)試樁模塊接收來自所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊的調(diào)試信息、控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并獲取內(nèi)核線程的異常信息；所述內(nèi)核線程將所述異常信息發(fā)送給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊將所述異常信息發(fā)送給所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊并由所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊返回給調(diào)試器，從而使調(diào)試器進(jìn)行對(duì)內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述內(nèi)核線程的運(yùn)行控制包括斷點(diǎn)異常處理、單步異常處理、內(nèi)核信號(hào)的處理、讀/寫內(nèi)核的內(nèi)存以及讀/寫內(nèi)核的寄存器。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述異常信息包括斷點(diǎn)異常信息和/或單步異常信息。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述斷點(diǎn)異常處理包括遇到一個(gè)斷點(diǎn)之后，觸發(fā)一次異常，判斷該異常是普通的內(nèi)核異常還是真正斷點(diǎn)異常，如果是普通的內(nèi)核異常，則轉(zhuǎn)入普通的內(nèi)核異常處理程序；如果是斷點(diǎn)異常則執(zhí)行正常的斷點(diǎn)處理程序。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述斷點(diǎn)異常處理進(jìn)一步包括如果被調(diào)試內(nèi)核線程停止在普通內(nèi)核空間，則所述異常不是真正斷點(diǎn)異常，仿真一次單步的執(zhí)行，使線程先從普通內(nèi)核空間返回到內(nèi)核應(yīng)用程序空間中；如果被調(diào)試內(nèi)核線程停止在內(nèi)核應(yīng)用程序空間，則所述異常是真正斷點(diǎn)異常；如果是內(nèi)核線程本身發(fā)生異常，則所述異常是真正斷點(diǎn)異常。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述單步異常處理包括判斷異常是普通的內(nèi)核異常還是真正單步異常，如果是普通的內(nèi)核異常，則轉(zhuǎn)入普通的內(nèi)核異常處理程序；如果是真正單步異常則執(zhí)行正常的單步異常處理程序。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述單步異常處理進(jìn)一步包括如果線程運(yùn)行在普通內(nèi)核空間，則該異常不是真正單步異常，退出該異常處理，返回線程所在的原程序；如果該線程是內(nèi)核線程，則該異常是真正單步異常，轉(zhuǎn)入正常的單步異常處理程序。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述內(nèi)核信號(hào)處理包括打開被調(diào)試的內(nèi)核線程的斷點(diǎn)異常信號(hào)、單步異常信號(hào)和停止信號(hào)的信號(hào)屏蔽，使得內(nèi)核線程在接收所述三種信號(hào)的時(shí)候能夠處理該信號(hào)；增加信號(hào)處理時(shí)機(jī)，在調(diào)試的時(shí)候，使內(nèi)核線程從普通內(nèi)核空間跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核線程空間的時(shí)候進(jìn)行一次信號(hào)處理。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述讀/寫內(nèi)核的內(nèi)存空間包括內(nèi)核調(diào)試樁判斷該次讀/寫是否發(fā)生在調(diào)試狀態(tài)，是則由內(nèi)核調(diào)試樁接管該次讀寫內(nèi)存的任務(wù)。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述內(nèi)核調(diào)試樁讀內(nèi)核的內(nèi)存空間包括對(duì)訪問的地址進(jìn)行檢查看判斷所述地址是否在內(nèi)核空間的范圍之內(nèi)，是則執(zhí)行下一步，否則進(jìn)行異常處理；如果讀取操作要拷貝的長度為L，則L＝m×4+n×2+k×1，其中m表示該長度有多少個(gè)4字節(jié)，n表示減去所有4字節(jié)之后還剩下多少個(gè)2字節(jié)，k表示減去所有4字節(jié)和2字節(jié)后還剩下多少個(gè)1字節(jié)，根據(jù)起始地址依次拷貝m個(gè)四字節(jié)，n個(gè)2字節(jié)，k個(gè)1字節(jié)；如果出錯(cuò)，則進(jìn)行異常處理。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述讀/寫內(nèi)核的寄存器包括內(nèi)核調(diào)試樁判斷該次讀寫寄存器是發(fā)生在調(diào)試狀態(tài)后，執(zhí)行如下步驟給任務(wù)控制塊新增加一個(gè)成員變量，在進(jìn)入異?；蛘咧袛嗟臅r(shí)候?qū)?dāng)前異常發(fā)生時(shí)候的堆棧指針的值保存到該成員變量中；在讀取寄存器的時(shí)候以該成員變量的值作為基地址來讀取發(fā)生異常前的各個(gè)寄存器的值；在退出異?；蛘咧袛嗟臅r(shí)候，清空該成員變量；在讀寫堆棧指針寄存器的時(shí)候進(jìn)行特殊的處理，將當(dāng)前的成員變量值加上堆棧指針寄存器在寄存器結(jié)構(gòu)的位置作為當(dāng)前堆棧指針寄存器的值。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，所述控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并取得內(nèi)核線程的異常信息，是通過在系統(tǒng)的關(guān)鍵函數(shù)處加入調(diào)試樁模塊的代碼來實(shí)現(xiàn)。
上述的方法，其特點(diǎn)在于，進(jìn)一步包括如下步驟步驟一，通過系統(tǒng)調(diào)用的方式，所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊發(fā)送調(diào)試信息給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊接收所述調(diào)試信息；步驟二，所述調(diào)試樁模塊對(duì)所述調(diào)試信息進(jìn)行相應(yīng)處理；步驟三，進(jìn)行斷點(diǎn)異常處理；步驟四，進(jìn)行單步異常處理；步驟五，進(jìn)行內(nèi)核信號(hào)處理；步驟六，讀寫內(nèi)核內(nèi)存空間；步驟七，讀寫內(nèi)核的寄存器；步驟八，將所述異常信息、內(nèi)存內(nèi)容或寄存器內(nèi)容返回給前臺(tái)調(diào)試代理模塊。
為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供了一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的裝置，其特點(diǎn)在于，包括調(diào)試器、前臺(tái)調(diào)試代理模塊、調(diào)試樁模塊、內(nèi)核應(yīng)用程序模塊和內(nèi)核線程模塊；所述調(diào)試器連接所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊，所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊連接所述調(diào)試樁模塊和所述內(nèi)核應(yīng)用程序模塊，所述內(nèi)核線程模塊連接所述調(diào)試樁模塊和所述內(nèi)核應(yīng)用程序模塊；所述調(diào)試樁模塊、內(nèi)核線程模塊和內(nèi)核應(yīng)用程序模塊運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，運(yùn)行在用戶態(tài)的前臺(tái)調(diào)試代理模塊與所述調(diào)試樁模塊進(jìn)行通信，所述調(diào)試樁模塊接收來自所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊的調(diào)試信息、控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并取得內(nèi)核線程的異常信息；所述內(nèi)核線程模塊將所述異常信息發(fā)送給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊將所述狀態(tài)信息返回給所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊并由所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊返回給調(diào)試器，從而使調(diào)試器進(jìn)行對(duì)內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明所述方法設(shè)計(jì)了一運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的內(nèi)核調(diào)試樁，調(diào)試器通過內(nèi)核調(diào)試樁控制內(nèi)核線程并返回信息，從而解決了調(diào)試器不能調(diào)試內(nèi)核線程的重大難題，使得調(diào)試內(nèi)核線程跟調(diào)試用戶進(jìn)程或者用戶線程一樣方便。且該調(diào)試樁是以獨(dú)立的形式存在，與操作系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較少，可以移植到各種通用操作系統(tǒng)之上。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。


圖1是調(diào)試系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；圖2調(diào)試樁組成結(jié)構(gòu)圖；圖3斷點(diǎn)異常處理流程圖；圖4單步異常處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為了克服普通調(diào)試器不能調(diào)試運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的缺點(diǎn)，提出了新的調(diào)試架構(gòu)，如圖1所示，調(diào)試系統(tǒng)架構(gòu)具體包括設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)核調(diào)試樁11，該調(diào)試樁11運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。前臺(tái)調(diào)試代理12同調(diào)試樁11進(jìn)行通信，該調(diào)試樁11控制內(nèi)核線程13的運(yùn)行。內(nèi)核線程13在遇到異常事件的時(shí)候?qū)惓Ｐ畔⒎答伣o調(diào)試樁11，調(diào)試樁11收到該異常信息后將該信息返回給前臺(tái)調(diào)試代理12，前臺(tái)調(diào)試代理12收到該消息返回給調(diào)試器14。從而可以用普通的用戶態(tài)調(diào)試器14調(diào)試核心態(tài)的程序，方便內(nèi)核態(tài)程序的開發(fā)。
本發(fā)明的方法具體包括以下幾個(gè)步驟步驟一前臺(tái)調(diào)試代理發(fā)送調(diào)試信息給內(nèi)核調(diào)試樁。內(nèi)核調(diào)試樁接收用戶態(tài)前臺(tái)調(diào)試代理發(fā)送過來的信息。信息發(fā)送是通過系統(tǒng)調(diào)用的方式來完成的。
步驟二內(nèi)核調(diào)試樁根據(jù)命令信息進(jìn)行相應(yīng)處理。處理前臺(tái)調(diào)試代理發(fā)送過來的信息。
步驟三斷點(diǎn)異常處理在遇到一個(gè)斷點(diǎn)之后會(huì)觸發(fā)一次斷點(diǎn)異常，由于這次異常處理發(fā)生在內(nèi)核態(tài)，因此我們接管這次異常。判斷它是一次斷點(diǎn)異常還是一次普通的內(nèi)核異常。如果是普通的內(nèi)核異常，則轉(zhuǎn)入普通的內(nèi)核異常處理程序中去，否則轉(zhuǎn)入我們的斷點(diǎn)異常處理程序中來。具體步驟如下在異常處理中首先要判斷被調(diào)試內(nèi)核線程是否停止在普通內(nèi)核空間，如果是的話，要仿真一次單步的執(zhí)行，讓其先從普通內(nèi)核空間返回到內(nèi)核應(yīng)用程序空間中。也就是說只有發(fā)生在內(nèi)核應(yīng)用程序的斷點(diǎn)異常才是真正的斷點(diǎn)異常，否則跳到單步處理。
如果是內(nèi)核線程發(fā)生該異常的話，則認(rèn)為是一次斷點(diǎn)異常，而不是內(nèi)核異常。因此須轉(zhuǎn)到正常的斷點(diǎn)處理程序中。
步驟四單步異常處理同上述步驟三一樣，如果是普通的內(nèi)核異常，則轉(zhuǎn)入普通內(nèi)核異常處理程序中去，否則由內(nèi)核調(diào)試樁接管該異常，具體步驟如下在該異常處理中首先要判斷是否運(yùn)行在普通內(nèi)核空間，如果是的話，則退出該異常處理，連續(xù)運(yùn)行該程序。
否則的話，判斷該線程是不是內(nèi)核線程，如果是的話，轉(zhuǎn)入正常的單步異常處理程序。
步驟五內(nèi)核信號(hào)處理
在我們這個(gè)方法中，最終的調(diào)試手段的實(shí)現(xiàn)都是通過信號(hào)來完成的，因?yàn)樵跀帱c(diǎn)異?；蛘邌尾疆惓０l(fā)生后，都會(huì)發(fā)送一個(gè)斷點(diǎn)異?；蛘邌尾疆惓Ｐ盘?hào)給它自己，然后在退出異常處理的時(shí)候處理該信號(hào)，喚醒父進(jìn)程。
我們首先需要打開被調(diào)試的內(nèi)核線程的斷點(diǎn)異常、單步異常信號(hào)、停止信號(hào)等3個(gè)信號(hào)屏蔽，使得內(nèi)核線程在接收到這些信號(hào)的時(shí)候能夠處理該信號(hào)。
增加了信號(hào)處理時(shí)機(jī)，在調(diào)試的時(shí)候，內(nèi)核線程從普通內(nèi)核空間跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核線程空間的時(shí)候會(huì)進(jìn)行一次信號(hào)處理。
步驟六讀寫內(nèi)核內(nèi)存空間。首先內(nèi)核調(diào)試樁判斷該次讀寫是否發(fā)生在調(diào)試狀態(tài)，如果是的話，則內(nèi)核調(diào)試樁接管該次讀寫內(nèi)存的任務(wù)，內(nèi)核調(diào)試樁讀取內(nèi)核內(nèi)存空間分以下步驟首先對(duì)訪問的地址進(jìn)行檢查看是否在內(nèi)核空間的范圍之內(nèi)。
如果拷貝長度為L的話，則L＝m*4+n*2+k*1，m表示該長度有多少個(gè)4字節(jié)，n表示減去那么多4字節(jié)之后還剩下多少個(gè)2字節(jié)，k依次類推。
根據(jù)起始地址依次拷貝m個(gè)四字節(jié)，n個(gè)2字節(jié)，k個(gè)1字節(jié)。
如果出錯(cuò)，則進(jìn)行異常處理。
步驟七讀寫內(nèi)核的寄存器。首先內(nèi)核調(diào)試樁判斷該次讀寫寄存器是否發(fā)生在調(diào)試狀態(tài)，如果是的話，則內(nèi)核調(diào)試樁接管這次讀寫寄存器的任務(wù)，內(nèi)核調(diào)試樁讀寫寄存器的步驟如下首先，給任務(wù)控制塊新增加一個(gè)成員變量，在進(jìn)入異?；蛘咧袛嗟臅r(shí)候?qū)?dāng)前異常發(fā)生時(shí)候的堆棧指針的值保存到該成員變量中。
在讀取寄存器的時(shí)候以該成員變量的值作為基地址來讀取發(fā)生異常前的各個(gè)寄存器的值。
在退出異?；蛘咧袛嗟臅r(shí)候，清空該成員變量。
在讀寫堆棧指針寄存器的時(shí)候進(jìn)行特殊的處理，將當(dāng)前的成員變量值加上堆棧指針寄存器在寄存器結(jié)構(gòu)的位置就是當(dāng)前堆棧指針寄存器的值。
步驟八將異常信息或者內(nèi)存內(nèi)容或者寄存器內(nèi)容返回給前臺(tái)調(diào)試代理。
下面結(jié)合附圖，以本發(fā)明在Linux操作系統(tǒng)上的應(yīng)用為列來做進(jìn)一步的詳細(xì)說明
Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)程序以使用模塊加載的形式進(jìn)入內(nèi)核運(yùn)行，因此內(nèi)核態(tài)應(yīng)用程序以內(nèi)核模塊的形式存在。如圖1，圖2所示原理，內(nèi)核調(diào)試樁11內(nèi)還包括命令處理模塊111和異常處理模塊112，內(nèi)核調(diào)試樁11的功能是1)獲知內(nèi)核態(tài)程序運(yùn)行狀態(tài)；2)提供對(duì)內(nèi)存和寄存器的訪問3)控制內(nèi)核態(tài)程序的運(yùn)行，以下分別敘述具體實(shí)現(xiàn)獲知內(nèi)核態(tài)程序運(yùn)行狀態(tài)Linux內(nèi)核調(diào)試樁進(jìn)入內(nèi)核后，首先在系統(tǒng)異常處理，系統(tǒng)關(guān)鍵函數(shù)(如進(jìn)程創(chuàng)建，刪除等)處加上自己的處理代碼，這段處理代碼就是異常處理代碼，具體的可以分為斷點(diǎn)異常處理代碼和單步異常處理代碼；其中的斷點(diǎn)異常處理流程圖如圖3所示，包括步驟301，發(fā)生斷點(diǎn)后，判斷是否處在普通內(nèi)核，是則執(zhí)行步驟305，否則執(zhí)行步驟302；步驟302，判斷線程是否為內(nèi)核線程且處在跟蹤狀態(tài)，是則執(zhí)行步驟307，否則執(zhí)行步驟303；步驟303，判斷是否處在普通內(nèi)核空間，是則執(zhí)行步驟304，否則執(zhí)行步驟307；步驟304，轉(zhuǎn)入內(nèi)核異常處理，轉(zhuǎn)到步驟308；步驟305，置退出普通內(nèi)核標(biāo)識(shí)；步驟306，模擬一次單步的運(yùn)行，轉(zhuǎn)到步驟308；步驟307，發(fā)送異常信號(hào)給被跟蹤的進(jìn)程；步驟308，返回原程序。
單步異常處理流程如圖4所示，包括步驟401，判斷線程是否運(yùn)行在普通內(nèi)核空間，是則執(zhí)行步驟405，否則執(zhí)行步驟402；步驟402，判斷該線程是否為用戶進(jìn)程，是則執(zhí)行步驟403，否則執(zhí)行步驟404；步驟403，對(duì)硬件斷點(diǎn)進(jìn)行處理；步驟404，發(fā)送單步信號(hào)給當(dāng)前內(nèi)核線程，轉(zhuǎn)到步驟406；步驟405，禁止單步執(zhí)行；步驟406，返回原程序。
在圖3的斷點(diǎn)異常或圖4的單步異常發(fā)生后，會(huì)進(jìn)入我們設(shè)置的處理代碼中，在處理代碼的末尾我們會(huì)發(fā)送一信號(hào)返回到調(diào)試樁，然后進(jìn)行以下處理if(當(dāng)前處理的程序是被調(diào)試的程序){紀(jì)錄當(dāng)前程序執(zhí)行狀態(tài)if(是異常處理)暫停程序運(yùn)行，并通知調(diào)試器}跳轉(zhuǎn)回原本處理函數(shù)通過以上操作，內(nèi)核樁模塊可以在被調(diào)試內(nèi)核態(tài)程序出現(xiàn)異常時(shí)通知調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，而在程序新創(chuàng)建和刪除時(shí)，可以獲知其狀態(tài)，供調(diào)試器查詢。
對(duì)內(nèi)存和寄存器的訪問分為兩個(gè)，第一對(duì)內(nèi)存的訪問首先前臺(tái)調(diào)試代理發(fā)送讀寫內(nèi)存的請(qǐng)求給調(diào)試樁，調(diào)試樁收到該請(qǐng)求之后，該請(qǐng)求格式定義如下#define PTRACE_PEEKTEXT 1#define PTRACE_POKETEXT 4分別表示讀取指定內(nèi)存空間以及寫指定內(nèi)存的空間，該調(diào)試樁收到該請(qǐng)求之后首先判斷該地址是否在內(nèi)核空間之內(nèi)，如果是，則認(rèn)為是訪問內(nèi)核應(yīng)用程序空間，啟動(dòng)調(diào)試樁的安全拷貝功能，安全拷貝流程如圖3所示。
第二個(gè)是對(duì)寄存器的訪問，調(diào)試樁收到讀寫寄存器的請(qǐng)求之后，取得發(fā)生異常時(shí)候保存的，該值是在內(nèi)核發(fā)生異常或者中斷的時(shí)候保存的，我們新開了一個(gè)空間，專門用來保存該堆棧指針的值，這個(gè)空間在任務(wù)控制塊的末尾開的，task_struct{…………….
void*kth；int *kth_esp_stack；}kth_esp_stack保存的是異常發(fā)生的時(shí)候保存現(xiàn)場之后的地址值，但根據(jù)用戶態(tài)現(xiàn)場堆棧保存規(guī)律，得出內(nèi)核線程運(yùn)行時(shí)候的堆棧指針值是(*kth_esp_stack)+0x34，這樣就根據(jù)該基地址加上各寄存器的偏移量得出各個(gè)寄存器的值。
控制內(nèi)核態(tài)程序的運(yùn)行，前臺(tái)調(diào)試代理通過發(fā)送以下調(diào)試命令給調(diào)試樁控制被調(diào)試程序的運(yùn)行，命令如下表所示#define PTRACE_CONT7連續(xù)運(yùn)行線程#define PTRACE_KILL8殺死線程#define PTRACE_SINGLESTEP 9單步線程#define PTRACE_ATTACH 0x10跟棕一個(gè)線程#define PTRACE_DETACH 0x11對(duì)一個(gè)線程解除跟蹤調(diào)試代理樁收到以上命令之后switch(命令){case繼續(xù)運(yùn)行線程命令調(diào)用調(diào)試樁繼續(xù)運(yùn)行命令接口case對(duì)指定線程跟蹤調(diào)用調(diào)試樁跟蹤指定線程接口…………………….
}這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)指定內(nèi)核程序的控制功能。
由上可知，本發(fā)明方法設(shè)計(jì)了一運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的內(nèi)核調(diào)試樁，調(diào)試器通過內(nèi)核調(diào)試樁控制內(nèi)核線程并返回信息，從而解決了調(diào)試器不能調(diào)試內(nèi)核線程的重大難題，使得調(diào)試內(nèi)核線程跟調(diào)試用戶進(jìn)程或者用戶線程一樣方便。且該調(diào)試樁是以獨(dú)立的形式存在，與操作系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較少，可以移植到各種通用操作系統(tǒng)之上。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；凡是依本發(fā)明所作的等效變化與修改，都被本發(fā)明的專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的方法，其特征在于，通過設(shè)置運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的調(diào)試樁模塊和運(yùn)行在用戶態(tài)的前臺(tái)調(diào)試代理模塊，使所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊與所述調(diào)試樁模塊進(jìn)行通信，所述調(diào)試樁模塊接收來自所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊的調(diào)試信息、控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并獲取內(nèi)核線程的異常信息；所述內(nèi)核線程將所述異常信息發(fā)送給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊將所述異常信息發(fā)送給所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊并由所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊返回給調(diào)試器，從而使調(diào)試器進(jìn)行對(duì)內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)核線程的運(yùn)行控制包括斷點(diǎn)異常處理、單步異常處理、內(nèi)核信號(hào)的處理、讀/寫內(nèi)核的內(nèi)存以及讀/寫內(nèi)核的寄存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述異常信息包括斷點(diǎn)異常信息和/或單步異常信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述斷點(diǎn)異常處理包括遇到一個(gè)斷點(diǎn)之后，觸發(fā)一次異常，判斷該異常是普通的內(nèi)核異常還是真正斷點(diǎn)異常，如果是普通的內(nèi)核異常，則轉(zhuǎn)入普通的內(nèi)核異常處理程序；如果是斷點(diǎn)異常則執(zhí)行正常的斷點(diǎn)處理程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述斷點(diǎn)異常處理進(jìn)一步包括如果被調(diào)試內(nèi)核線程停止在普通內(nèi)核空間，則所述異常不是真正斷點(diǎn)異常，仿真一次單步的執(zhí)行，使線程先從普通內(nèi)核空間返回到內(nèi)核應(yīng)用程序空間中；如果被調(diào)試內(nèi)核線程停止在內(nèi)核應(yīng)用程序空間，則所述異常是真正斷點(diǎn)異常；如果是內(nèi)核線程本身發(fā)生異常，則所述異常是真正斷點(diǎn)異常。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述單步異常處理包括判斷異常是普通的內(nèi)核異常還是真正單步異常，如果是普通的內(nèi)核異常，則轉(zhuǎn)入普通的內(nèi)核異常處理程序；如果是真正單步異常則執(zhí)行正常的單步異常處理程序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述單步異常處理進(jìn)一步包括如果線程運(yùn)行在普通內(nèi)核空間，則該異常不是真正單步異常，退出該異常處理，返回線程所在的原程序；如果該線程是內(nèi)核線程，則該異常是真正單步異常，轉(zhuǎn)入正常的單步異常處理程序。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)核信號(hào)處理包括打開被調(diào)試的內(nèi)核線程的斷點(diǎn)異常信號(hào)、單步異常信號(hào)和停止信號(hào)的信號(hào)屏蔽，使得內(nèi)核線程在接收所述三種信號(hào)的時(shí)候能夠處理該信號(hào)；增加信號(hào)處理時(shí)機(jī)，在調(diào)試的時(shí)候，使內(nèi)核線程從普通內(nèi)核空間跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核線程空間的時(shí)候進(jìn)行一次信號(hào)處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述讀/寫內(nèi)核的內(nèi)存空間包括內(nèi)核調(diào)試樁判斷該次讀/寫是否發(fā)生在調(diào)試狀態(tài)，是則由內(nèi)核調(diào)試樁接管該次讀寫內(nèi)存的任務(wù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)核調(diào)試樁讀內(nèi)核的內(nèi)存空間包括對(duì)訪問的地址進(jìn)行檢查看判斷所述地址是否在內(nèi)核空間的范圍之內(nèi)，是則執(zhí)行下一步，否則進(jìn)行異常處理；如果讀取操作要拷貝的長度為L，則L＝m×4+n×2+k×1，其中m表示該長度有多少個(gè)4字節(jié)，n表示減去所有4字節(jié)之后還剩下多少個(gè)2字節(jié)，k表示減去所有4字節(jié)和2字節(jié)后還剩下多少個(gè)1字節(jié)，根據(jù)起始地址依次拷貝m個(gè)四字節(jié)，n個(gè)2字節(jié)，k個(gè)1字節(jié)；如果出錯(cuò)，則進(jìn)行異常處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述讀/寫內(nèi)核的寄存器包括內(nèi)核調(diào)試樁判斷該次讀寫寄存器是發(fā)生在調(diào)試狀態(tài)后，執(zhí)行如下步驟給任務(wù)控制塊新增加一個(gè)成員變量，在進(jìn)入異?；蛘咧袛嗟臅r(shí)候?qū)?dāng)前異常發(fā)生時(shí)候的堆棧指針的值保存到該成員變量中；在讀取寄存器的時(shí)候以該成員變量的值作為基地址來讀取發(fā)生異常前的各個(gè)寄存器的值；在退出異常或者中斷的時(shí)候，清空該成員變量；在讀寫堆棧指針寄存器的時(shí)候進(jìn)行特殊的處理，將當(dāng)前的成員變量值加上堆棧指針寄存器在寄存器結(jié)構(gòu)的位置作為當(dāng)前堆棧指針寄存器的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并取得內(nèi)核線程的異常信息，是通過在系統(tǒng)的關(guān)鍵函數(shù)處加入調(diào)試樁模塊的代碼來實(shí)現(xiàn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括如下步驟步驟一，通過系統(tǒng)調(diào)用的方式，所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊發(fā)送調(diào)試信息給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊接收所述調(diào)試信息；步驟二，所述調(diào)試樁模塊對(duì)所述調(diào)試信息進(jìn)行相應(yīng)處理；步驟三，進(jìn)行斷點(diǎn)異常處理；步驟四，進(jìn)行單步異常處理；步驟五，進(jìn)行內(nèi)核信號(hào)處理；步驟六，讀寫內(nèi)核內(nèi)存空間；步驟七，讀寫內(nèi)核的寄存器；步驟八，將所述異常信息、內(nèi)存內(nèi)容或寄存器內(nèi)容返回給前臺(tái)調(diào)試代理模塊。
14.一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的裝置，其特征在于，包括調(diào)試器、前臺(tái)調(diào)試代理模塊、調(diào)試樁模塊、內(nèi)核應(yīng)用程序模塊和內(nèi)核線程模塊；所述調(diào)試器連接所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊，所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊連接所述調(diào)試樁模塊和所述內(nèi)核應(yīng)用程序模塊，所述內(nèi)核線程模塊連接所述調(diào)試樁模塊和所述內(nèi)核應(yīng)用程序模塊；所述調(diào)試樁模塊、內(nèi)核線程模塊和內(nèi)核應(yīng)用程序模塊運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)，運(yùn)行在用戶態(tài)的前臺(tái)調(diào)試代理模塊與所述調(diào)試樁模塊進(jìn)行通信，所述調(diào)試樁模塊接收來自所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊的調(diào)試信息、控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并取得內(nèi)核線程的異常信息；所述內(nèi)核線程模塊將所述異常信息發(fā)送給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊將所述狀態(tài)信息返回給所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊并由所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊返回給調(diào)試器，從而使調(diào)試器進(jìn)行對(duì)內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)試操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)程序的方法及裝置，方法包括通過設(shè)置運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的調(diào)試樁模塊和運(yùn)行在用戶態(tài)的前臺(tái)調(diào)試代理模塊，使所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊與所述調(diào)試樁模塊進(jìn)行通信，所述調(diào)試樁模塊接收來自所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊的調(diào)試信息、控制內(nèi)核線程的運(yùn)行并獲取內(nèi)核線程的異常信息；所述內(nèi)核線程將所述異常信息發(fā)送給所述調(diào)試樁模塊，所述調(diào)試樁模塊將所述異常信息發(fā)送給所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊并由所述前臺(tái)調(diào)試代理模塊返回給調(diào)試器，從而使調(diào)試器進(jìn)行對(duì)內(nèi)核態(tài)程序的調(diào)試。本發(fā)明解決了普通調(diào)試器不能調(diào)試運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)的程序的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F11/36GK1779652SQ20041000985
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者劉飛, 程圣宇, 李翌, 繆敬 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司