0x7Fancy
QEMU搭建Linux内核调试环境
Time: 2019.06.25
Tags: 开发
0x00 前言
最近接触到 TCP 的 SACK panic 漏洞，但发现自己没有 linux 的内核调试环境，遂搭建一个并对搭建过程进行记录。
由于自己的环境，这里仅记录下在 MAC 平台下，使用 qemu + GDB 进行 linux 内核调试的环境。当然还有其他更加便捷的方式，如 vmware。
本文实验环境：
[MAC 平台]
Qemu
GDB 8.2
linux-4.0.1 源码
Busybox 源码
(额外还需要一台 x86 linux 虚拟机，作为编译环境使用)
0x01 Linux编译
在选择 Linux 源码时，需要选择版本稍微新一些的，因为旧版的源码依赖于旧版的 GDB 编译，这里选择 4.0.1；这个步骤我们使用「x86 linux 虚拟机」进行编译。
configuure
执行配置(缺少什么组件就安装)
make menuconfigure
进行配置菜单：
取消 64-bit kernel
设置 kernel hacking –> kernel debugging –> compile the kernel with debug info
设置 kernel hacking –> compile the kernel with frame pointers
compile
进行编译
make
编译完成后，关注几个文件：
linux-4.0.1/arch/x86/boot/bzImage
用于 Qemu 启动的内核镜像文件
linux-4.0.1/vmlinux
用于 GDB 加载的内核文件
0x02 busybox编译
busybox 源码选择最新版即可，版本之间影响不大。
configure
执行配置
make menuconfig
在配置菜单中：
设置 Busybox Settings->Build Options->Build BusyBox as a static binary (no shared libs)
compile
进行编译
make
(可以使用 make -j4，指定编译的线程数)
编译完成后，关注生成文件：
busybox-1.30.1/busybox
尝试执行
./busybox whoami
(命令正确执行，表示 busybox 工作正常)
构建文件系统
这里我们需要构建一个文件系统，供后续 Qemu 加载内核使用。这个步骤我们使用「x86 linux 虚拟机」进行编译。
1.创建一个磁盘镜像，64M即可
dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=1024K count=64
2.格式化为 ext3 格式
mkfs.ext3 rootfs.img
3.创建文件夹，并将 rootfs 挂载上去
mkdir image
mount -o loop rootfs.img image/
4.在编译完成的 busybox 根目录下，安装 busybox 至磁盘镜像中
cd busybox-1.30.1
make install CONFIG_PREFIX=/root/image/
5.卸载 rootfs
umount image
此时，文件系统制作完成，内核工作时将依赖该文件系统。
0x03 gdb编译
MAC 上通过 brew 安装的 GDB 不能调试 linux 内核，原因有：其不支持 linux 的二进制文件，并且 linux 内核调试依赖 python。
GDB 源码选择 8.2 及以上的版本(本机环境 python3.7，8.2及以上才能正确兼容)，该步骤在 MAC 上进行。
configure
进行配置
./configure --build=x86_64-apple-darwin --target=x86_64-linux --with-python=/usr/local/bin/python3
compile
进行编译
make
编译完成后，可以使用 gdb-8.2/gdb/gdb，我们这里将其配置为：
alias gdb_k='gdb-8.2/gdb/gdb'
0x04 Qemu安装
在 MAC 上执行 Qemu 安装，brew 即可：
brew isntall qemu
安装完成后，命令行输入 qemu 可以看到多个命令，我们的内核是 x86 的，关注这个即可：
qemu-system-i386
0x05 启动调试
我们在 「linux 虚拟机」 上编译了不少东西，先转移到 MAC 上，创建个文件夹：
.kernel_debug
├── bzImage
├── linux-4.0.1
└── rootfs.img
其中 linux-4.0.1 是我们编译后的源码文件夹，直接拷贝过来；bzImage 来源于 linux-4.0.1/arch/x86/boot/bzImage；rootfs.img 是我们使用 busybox 制作的文件系统。
启动 linux 内核
在 kernel_debug 文件下：
qemu-system-i386 -kernel bzImage -hda rootfs.img -append "root=/dev/sda"
参数表示启动 bzImage 内核，指定 rootfs.img 为一个硬盘，并设置初始加载硬盘为 /dev/sda，即 rootfs.img
启动演示：
可以正确执行命令(不要在意 tty 的错误提示)
启动调试
qemu-system-i386 -kernel bzImage -hda rootfs.img -append "root=/dev/sda" -gdb tcp::7777 -S
在之前启动的参数后添加调试参数，-gdb 指定调试端口为 tcp 7777端口，-S 表示在 CPU 启动后就中断。
启动后，会发现 Qemu 卡在启动界面，这时候 GDB 就可以附加上来了：
1.进入到 linux-4.0.1 启动 gdb_k (便于 list 命令能正确显示源码)
gdb_k
2.加载文件
file vmlinux
3.远程附加
target remote 127.0.0.1:7777
即可进行调试。
调试演示
在上一步中附加成功后，这里我们紧接着，尝试进行调试。
1.在内核入口下断点
gdb-peda$ b start_kernel
Breakpoint 1 at 0xc1ab873c: file init/main.c, line 490.
2.运行至该断点处
(此刻被中断在 CPU 启动时，需要运行到内核入口处，以便完成初始化和引导的程序逻辑)
gdb-peda$ c
Breakpoint 1, start_kernel () at init/main.c:490
3.使用 list 命令查看该处代码
gdb-peda$ list
485 pgtable_init();
486 vmalloc_init();
487 }
...
4.即可开心的进行调试啦。
0x06 References
https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/
https://busybox.net/downloads/
https://blog.csdn.net/jasonLee_lijiaqi/article/details/80967912
https://www.cnblogs.com/chineseboy/p/4216521.html
https://bestwing.me/Linux_Kernel_Debugging_with_VMware_and_GDB.html
https://xz.aliyun.com/t/2024
https://consen.github.io/2018/01/17/debug-linux-kernel-with-qemu-and-gdb/