一、背景
大部分qemu调试kernel 都是讲解从start_kernel开始设置断点，然后开启调试； 但是我们熟悉linux启动流程的伙伴肯定知道，在start_kernel之前还有一段汇编，包括初始化页表及mmu等操作， 这部分如何调试呢？
二、如何从第一行代码开始调试？
无论是gdb调试还是JTAG调试，其中最重要的一个就是加载symbols 到正确的物理/虚拟地址（是物理地址还是虚拟地址取决于此时mmu是否有打开）； 我们需要知道kernel 的第一行地址是什么？ 对应的symbols的区域在vmlinux的哪里？
qemu 启动kernel的物理地址：
qemu 启动增加-S 选项时（启动时停止等待gdb 连接，这时会显示一个地址，这个就是当前启动的物理地址）
vmlinux中的的起始地址(虚拟地址):
在源码的System.map或者通过gdb打开vmlinux查看，内核的入口是_text，虚拟地址0xffff800080000000
_text的定义在arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S （注意，这里的section name：.head.text 放的是_text 不要和.text段名搞混了）
ENTRY(_text)
...
SECTIONS
{
...
.head.text : {
_text = .;
HEAD_TEXT
}
.text : ALIGN(SEGMENT_ALIGN) { /* Real text segment */
_stext = .; /* Text and read-only data */
IRQENTRY_TEXT
SOFTIRQENTRY_TEXT
ENTRY_TEXT
TEXT_TEXT
SCHED_TEXT
LOCK_TEXT
KPROBES_TEXT
HYPERVISOR_TEXT
*(.gnu.warning)
}
. = ALIGN(SEGMENT_ALIGN);
_etext = .; /* End of text section */
...
qemu启动的物理地址和vmlinux 中启动地址（_text 虚拟地址）的关系
先来看qemu的启动地址0x0000000040000000 附近内容
(gdb) x /16i 0x0000000040000000
0x40000000: ldr x0, 0x40000018
0x40000004: mov x1, xzr
0x40000008: mov x2, xzr
0x4000000c: mov x3, xzr
0x40000010: ldr x4, 0x40000020
0x40000014: br x4
0x40000018: stxrh w0, w0, [x0]
0x4000001c: udf #0
0x40000020: .inst 0x40200000 ; undefined
0x40000024: udf #0
0x40000028: udf #0
0x4000002c: udf #0
0x40000030: udf #0
0x40000034: udf #0
0x40000038: udf #0
0x4000003c: udf #0
(gdb) x /16x 0x0000000040000000
0x40000000: 0x580000c0 0xaa1f03e1 0xaa1f03e2 0xaa1f03e3
0x40000010: 0x58000084 0xd61f0080 0x48000000 0x00000000
0x40000020: 0x40200000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
0x40000030: 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
注意：不同的qemu版本可能起始的物理地址不同，本人电脑使用ubuntu22.04自带版本，6.2.0
geek@geek-virtual-machine:~/workspace/linux/linux-6.6.1$ qemu-system-aarch64 --version
QEMU emulator version 6.2.0 (Debian 1:6.2+dfsg-2ubuntu6.15)
Copyright (c) 2003-2021 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers
源码路径：https://gitlab.com/qemu-project/qemu.git ，切换到6.2.0版本
geek@geek-virtual-machine:~/workspace/linux/qemu_src/qemu$ git tag | grep 6.2
v1.6.2
v2.6.2
v6.2.0
v6.2.0-rc0
v6.2.0-rc1
v6.2.0-rc2
v6.2.0-rc3
v6.2.0-rc4
geek@geek-virtual-machine:~/workspace/linux/qemu_src/qemu$ git reset --hard v6.2.0
qemu启动kernel的部分在qemu源码路径：hw/arm/boot.c
(gdb) si
0x0000000040000010 in ?? ()
=> 0x0000000040000010: 84 00 00 58 ldr x4, 0x40000020
(gdb) x /x 0x40000020
0x40000020: 0x40200000
ldr x4, 0x4000002 //把0x40000020 地址存储的值读取到x4,实际就是上面bootloader_aarch64[]数组定义的
//FIXUP_ENTRYPOINT_LO + FIXUP_ENTRYPOINT_HI
br x4 //跳转到x4 并执行
通过qemu 代码的注释也可以看到，在这个版本的qemu中arm64的kernel 起始地址是放在0x40200000，并从这里开始执行第一条指令；
所以我们要在qemu中做的就是将物理地址0x40200000 与vmlinux中的第一条指令地址0xffff800080000000 (_text) 对齐即可；
gdb 已经连接qemu linux kernel
(gdb) x /16x 0x40200000
0x40200000: 0xfa405a4d 0x146a6427 0x00000000 0x00000000
0x40200010: 0x02860000 0x00000000 0x0000000a 0x00000000
0x40200020: 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
0x40200030: 0x00000000 0x00000000 0x644d5241 0x00000040
gdb vmlinux直接查看_text处的汇编
(gdb) x /16x _text
0x80000000 <_text>: 0xfa405a4d 0x146a6427 0x00000000 0x00000000
0x80000010 <$d+8>: 0x02860000 0x00000000 0x0000000a 0x00000000
0x80000020 <$d+24>: 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
0x80000030 <$d+40>: 0x00000000 0x00000000 0x644d5241 0x00000040
通过readelf确认那些段需要映射
geek@geek-virtual-machine:~/workspace/linux/linux-6.6.1$ aarch64-none-linux-gnu-readelf -S vmlinux
There are 43 section headers, starting at offset 0x18ff9fb8:
Section Headers:
[Nr] Name Type Address Offset
Size EntSize Flags Link Info Align
[ 0] NULL 0000000000000000 00000000
0000000000000000 0000000000000000 0 0 0
[ 1] .head.text PROGBITS ffff800080000000 00010000
0000000000010000 0000000000000000 AX 0 0 65536
[ 2] .text PROGBITS ffff800080010000 00020000
000000000102b000 0000000000000000 AX 0 0 65536
[ 3] .rodata PROGBITS ffff800081040000 01050000
00000000009dc8c8 0000000000000000 WA 0 0 4096
......
[15] .rodata.text PROGBITS ffff800081a94800 01aa4800
0000000000005800 0000000000000000 AX 0 0 2048
[16] .init.text PROGBITS ffff800081aa0000 01ab0000
000000000008c6f8 0000000000000000 AX 0 0 8
......
[19] .init.data PROGBITS ffff800081b95000 01ba5000
00000000000c551a 0000000000000000 WA 0 0 256
......
地址映射关系：
| section name | virtual addr | phy addr |
|---|---|---|
| .head.text | 0xffff800080000000 | 0x40200000 |
| .text | 0xffff800080010000 | 0x40210000 |
| .rodata | 0xffff800081040000 | 0x40240000 |
| .rodata.text | 0xffff800081a94800 | 0x41C94800 |
| .init.text | 0xffff800081aa0000 | 0x41CA0000 |
| .init.data | 0xffff800081b95000 | 0x41D95000 |
启动gdb 时不要加载vmlinux， 通过add-symbol-file 指定section 要加载的物理地址
add-symbol-file vmlinux -s .head.text 0x40200000 -s .text 0x40210000 -s .rodata 0x40240000 -s .rodata.text 0x41C94800 -s .init.text 0x41CA0000 -s .init.data 0x41D95000
设置断点：b _text
然后就可以单步调试：
三、总结
其实不管使用什么调试器（gdb/T32/Crash/lldb），第一步要做的都是将elf和调试target的执行地址做一个对齐，当然这个对齐可能是物理地址对齐（无mmu,如bootloader，elf编译的地址就是代码运行的物理地址），也有可能是虚拟地址对齐（开启了mmu 比如kernel start_kernel 之后部分），也有可能是物理地址与虚拟地址对齐（比如本文中的_text到start_kernel）， 掌握了这个规律也就掌握的调试的入口密码。