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我想以某种方式“观察”Linux内核（确切地说是内核模块/驱动程序）中的变量（或者内存地址）；并找出是什么改变了它 - 基本上，当变量改变时打印出堆栈跟踪。

例如，在这个答案testjiffy-hr.c末尾列出的内核模块中，我想在每次变量更改时打印出堆栈跟踪；希望堆栈跟踪将包含对 的提及，这确实是更改该变量的函数。runcounttestjiffy_timer_function

现在，我知道我可以kgdb用来连接到运行在虚拟机中的调试 Linux 内核，甚至设置断点（希望也是观察点）——但问题是我实际上想调试 ALSA 驱动程序，在特别是播放dma_area缓冲区（我得到一些意外数据的地方）——它对时间高度敏感；并且运行调试内核本身会弄乱时间（更不用说在虚拟机中运行它了）。

这里更大的问题是播放dma_area指针仅在播放操作期间存在（或者换句话说，在_start和_stop处理程序之间） - 所以我必须dma_area在每个_start回调中记录地址，然后以某种方式将其“调度”为“在播放操作期间观看”。

所以我希望有一种方法可以直接在驱动程序代码中执行此类操作 - 例如，在此回调中添加一些_start记录dma_area指针的代码，并将其用作启动“监视”的命令的参数改变; 从相应的回调函数打印堆栈跟踪。（我知道这也会影响时间，但我希望它足够“轻”，不会过多地影响“实时”驱动程序操作）。

所以我的问题是：是否存在这种在 Linux 内核中进行调试的技术？

如果不是：是否可以设置硬件（或软件）中断，对特定内存地址的更改做出反应？那么我可以设置这样一个中断处理程序，可以打印出堆栈跟踪吗？（虽然，我认为当 IRQ 处理程序运行时整个上下文都会发生变化，所以可能会出现错误的堆栈跟踪）？

如果没有：是否还有其他技术可以让我打印更改存储在内核给定内存位置中的值的进程的堆栈跟踪（希望在实时的非调试内核中）？

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2 回答 2

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非常感谢@CosminRatiu和Eugene的回复；多亏了这些，我发现：

...我可以用它来开发我在这里发布的示例，testhrarr.c内核模块/驱动程序和Makefile（下）。它演示了硬件观察点跟踪可以通过两种方式实现：使用perf程序，它可以探测驱动程序不变；或者通过向驱动程序添加一些硬件断点代码（在示例中，由HWDEBUG_STACK定义变量封装）。

本质上，标准原子变量类型（如 int（如runcount变量））的调试内容很简单，只要它们在内核模块中定义为全局变量，因此它们最终会显示为全局内核符号。因此，下面的代码testhrarr_为变量添加了 as 前缀（以避免命名冲突）。但是，由于需要取消引用，调试数组的内容可能有点棘手——这就是本文所演示的，调试testhrarr_arr数组的第一个字节。它是在：

$ echo `cat /etc/lsb-release` 
DISTRIB_ID=Ubuntu DISTRIB_RELEASE=11.04 DISTRIB_CODENAME=natty DISTRIB_DESCRIPTION="Ubuntu 11.04"
$ uname -a
Linux mypc 2.6.38-16-generic #67-Ubuntu SMP Thu Sep 6 18:00:43 UTC 2012 i686 i686 i386 GNU/Linux
$ cat /proc/cpuinfo | grep "model name"
model name  : Intel(R) Atom(TM) CPU N450   @ 1.66GHz
model name  : Intel(R) Atom(TM) CPU N450   @ 1.66GHz

该testhrarr模块基本上在模块初始化时为一个小数组分配内存，设置一个计时器函数，并公开一个/proc/testhrarr_proc文件（使用较新的proc_create接口）。然后，尝试从/proc/testhrarr_proc文件中读取（例如，使用cat）将触发计时器功能，该功能将修改testhrarr_arr数组值，并将消息转储到/var/log/syslog. 我们预计testhrarr_arr[0]在运行期间会发生 3 次变化；一次testhrarr_startup，两次testhrarr_timer_function（由于包装）。

使用perf

使用 构建模块后make，您可以使用以下命令加载它：

sudo insmod ./testhrarr.ko

那时，/var/log/syslog将包含：

kernel: [40277.199913] Init testhrarr: 0 ; HZ: 250 ; 1/HZ (ms): 4 ; hrres: 0.000000001
kernel: [40277.199930]  Addresses: _runcount 0xf84be22c ; _arr 0xf84be2a0 ; _arr[0] 0xed182a80 (0xed182a80) ; _timer_function 0xf84bc1c3 ; my_hrtimer 0xf84be260; my_hrt.f 0xf84be27c
kernel: [40277.220329] HW Breakpoint for testhrarr_arr write installed (0xf84be2a0)

请注意，仅testhrarr_arr作为硬件观察点的符号传递会扫描该变量的地址 ( 0xf84be2a0)，而不是数组的第一个元素的地址 ( 0xed182a80)！正因为如此，硬件断点不会触发 - 所以行为将就好像硬件断点代码根本不存在（这可以通过取消定义来实现HWDEBUG_STACK）！

所以，即使没有通过内核模块代码设置硬件断点，我们仍然可以perf用来观察内存地址的变化——在 中perf，我们指定了我们想要观察的地址（这里是 , 的第一个元素的地址testhrarr_arr）0xed182a80，和应该运行的进程：这里我们运行bash，所以我们可以执行一个cat /proc/testhrarr_procwhich 将触发内核模块计时器，然后执行一个sleep 0.5which 将允许计时器完成。该-a参数也是需要的，否则可能会错过一些事件：

$ sudo perf record -a --call-graph --event=mem:0xed182a80:w bash -c 'cat /proc/testhrarr_proc ; sleep 0.5'
testhrarr proc: startup
[ perf record: Woken up 1 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.485 MB perf.data (~21172 samples) ]

此时，/var/log/syslog还将包含以下内容：


[40822.114964] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 0
[40822.114980] testhrarr jiffies 10130528 ; 转：1；ktnsec: 40822114975062
[40822.118956] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 1
[40822.118977] testhrarr jiffies 10130529 ; 转：1；ktnsec: 40822118973195
[40822.122940] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 2
[40822.122956] testhrarr jiffies 10130530 ; 转：1；ktnsec: 40822122951143
[40822.126962] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 3
[40822.126978] testhrarr jiffies 10130531 ; 转：1；ktnsec: 40822126973583
[40822.130941] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 4
[40822.130961] testhrarr jiffies 10130532 ; 转：1；ktnsec: 40822130955167
[40822.134940] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 5
[40822.134962] testhrarr jiffies 10130533 ; 转：1；ktnsec: 40822134958888
[40822.138936] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 6
[40822.138958] testhrarr jiffies 10130534 ; 转：1；ktnsec: 40822138955693
[40822.142940] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 7
[40822.142962] testhrarr jiffies 10130535 ; 转：1；ktnsec: 40822142959345
[40822.146936] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 8
[40822.146957] testhrarr jiffies 10130536 ; 转：1；ktnsec: 40822146954479
[40822.150949] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 9
[40822.150970] testhrarr jiffies 10130537 ; 转：1；ktnsec: 40822150963438
[40822.154974] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 10
[40822.154988] 测试 [5, 7, 9, 11, 13, ]

perf要读取（名为 的文件）的捕获，perf.data我们可以使用：

$ sudo perf report --call-graph flat --stdio
没有找到带有 build-id 5031df4d8668bcc45a7bdb4023909c6f8e2d3d34 的 kallsyms 或 vmlinux
[testhrarr] 构建 id 为 5031df4d8668bcc45a7bdb4023909c6f8e2d3d34 未找到，继续无符号
无法打开 /bin/cat，继续没有符号
无法打开 /usr/lib/libpixman-1.so.0.20.2，继续没有符号
无法打开 /usr/lib/xorg/modules/drivers/intel_drv.so，继续没有符号
无法打开 /usr/bin/Xorg，继续没有符号
# 事件：5 未知
#
# 开销命令共享对象符号
# …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………
#
    87.50% Xorg [testhrarr] [k] testhrarr_timer_function
            87.50%
                testhrarr_timer_function
                __run_hrtimer
                hrtimer_interrupt
                smp_apic_timer_interrupt
                apic_timer_interrupt
                0x30185d
                0x2ed701
                0x2ed8cc
                0x2edba0
                0x9d0386
                0x8126fc8
                0x81217a1
                0x811bdd3
                0x8070aa7
                0x806281c
                __libc_start_main
                0x8062411

     6.25% 猫 [testhrarr] [k] testhrarr_timer_function
             6.25%
                testhrarr_timer_function
                testhrarr_proc_show
                seq_read
                proc_reg_read
                vfs_read
                sys_read
                syscall_call
                0xaa2416
                0x8049f4d
                __libc_start_main
                0x8049081

     3.12% 交换器 [testhrarr] [k] testhrarr_timer_function
             3.12%
                testhrarr_timer_function
                __run_hrtimer
                hrtimer_interrupt
                smp_apic_timer_interrupt
                apic_timer_interrupt
                cpuidle_idle_call
                cpu_idle
                start_secondary

     3.12% 猫 [testhrarr] [k] 0x356   
             3.12%
                0xf84bc356
                0xf84bc3a7
                seq_read
                proc_reg_read
                vfs_read
                sys_read
                syscall_call
                0xaa2416
                0x8049f4d
                __libc_start_main
                0x8049081



#
# （对于更高级别的概述，请尝试：perf report --sort comm,dso）
#

因此，由于我们正在构建带有调试功能的内核模块（-g在 中Makefile），因此perf即使实时内核不是调试内核，找到该模块的符号也不成问题。因此，它testhrarr_timer_function在大多数情况下都正确地解释为 setter，尽管它没有报告testhrarr_startup（但它确实报告testhrarr_proc_show了调用它的人）。还有一些无法解决的参考0xf84bc3a7；0xf84bc356但是，请注意该模块是在以下位置加载的0xf84bc000：

$ sudo cat /proc/modules | grep testhr
testhrarr 13433 0 - Live 0xf84bc000

...并且该条目也以...[k] 0x356;开头 如果我们查看objdump内核模块：

$ objdump -S testhrarr.ko | 少
...
00000323：

静态无效 testhrarr_startup(void)
{
...
    testhrarr_arr[0] = 0; //只是第一个元素
 34b: a1 80 00 00 00 移动 0x80,%eax
 350: c7 00 00 00 00 00 移动 $0x0,(%eax)
    hrtimer_start(&my_hrtimer, ktime_period_ns, HRTIMER_MODE_REL);
 356: c7 04 24 01 00 00 00 移动 $0x1,(%esp) **********
 35d: 8b 15 1c 00 00 00 移动 0x1c,%edx
...
00000375：


静态 int testhrarr_proc_show(struct seq_file *m, void *v) {
...
    seq_printf(m, "testhrarr proc: 启动\n");
 38f: c7 44 24 04 79 00 00 移动 $0x79,0x4(%esp)
 396：00
 397: 8b 45 fc mov -0x4(%ebp),%eax
 39a: 89 04 24 mov %eax,(%esp)
 39d: e8 fc ff ff ff 调用 39e
    testhrarr_startup();
 3a2: e8 7c ff ff ff 呼叫 323
 3a7: eb 1c jmp 3c5 **********
  } 别的 {
    seq_printf(m, "testhrarr proc: (正在运行, %d)\n", testhrarr_runco​​unt);
 3a9: a1 0c 00 00 00 移动 0xc,%eax
...

...所以0xf84bc356显然是指hrtimer_start; 和0xf84bc3a7->3a7指的是它的调用testhrarr_proc_show函数；谢天谢地，这是有道理的。（请注意，我体验过不同版本的驱动程序，_start可以显示，并且timer_function用纯粹的地址表示；不确定这是什么原因）。

但是，一个问题perf是它给了我这些函数发生的统计“开销”（不确定这是指什么——可能是函数进入和退出之间花费的时间？）——但我真正想要的是顺序的堆栈跟踪日志。不确定是否perf可以为此设置 - 但肯定可以使用内核模块代码来完成硬件断点。

使用内核模块硬件断点

中的代码HWDEBUG_STACK实现了硬件断点设置和处理。如前所述，符号的默认设置ksym_name（如果未指定）是testhrarr_arr，它根本不会触发硬件断点。ksym_name参数可以在命令行中指定insmod；在这里我们可以注意到：

$ sudo rmmod testhrarr    # remove module if still loaded
$ sudo insmod ./testhrarr.ko ksym=testhrarr_arr[0]

... 结果为HW Breakpoint for testhrarr_arr[0] write installed (0x (null))in /var/log/syslog; - 这意味着我们不能使用带括号符号的符号进行数组访问；谢天谢地，这里的空指针只是意味着硬件断点不会再次触发；它不会使操作系统完全崩溃:)

但是，有一个全局变量用于引用testhrarr_arr数组的第一个元素，称为testhrarr_arr_first- 注意这个全局变量在代码中是如何特殊处理的，需要取消引用，以便获得正确的地址。所以我们这样做：

$ sudo rmmod testhrarr    # remove module if still loaded
$ sudo insmod ./testhrarr.ko ksym=testhrarr_arr_first

...并且系统日志通知：

kernel: [43910.509726] Init testhrarr: 0 ; HZ: 250 ; 1/HZ (ms): 4 ; hrres: 0.000000001
kernel: [43910.509765]  Addresses: _runcount 0xf84be22c ; _arr 0xf84be2a0 ; _arr[0] 0xedf6c5c0 (0xedf6c5c0) ; _timer_function 0xf84bc1c3 ; my_hrtimer 0xf84be260; my_hrt.f 0xf84be27c
kernel: [43910.538535] HW Breakpoint for testhrarr_arr_first write installed (0xedf6c5c0)

...我们可以看到 HW 断点设置在0xedf6c5c0，也就是 的地址testhrarr_arr[0]。现在，如果我们通过文件触发驱动程序/proc：

$ cat /proc/testhrarr_proc 
testhrarr proc: startup

...我们获得syslog：

内核：[44069.735695] testhrarr_arr_first 值已更改
[44069.735711] Pid：29320，通讯：猫未污染 2.6.38-16-generic #67-Ubuntu
[44069.735719] 呼叫跟踪：
[44069.735737] [] ? sample_hbp_handler+0x2d/0x3b [testhrarr]
[44069.735755] [] ? __perf_event_overflow+0x90/0x240
[44069.735768] [] ? proc_alloc_inode+0x23/0x90
[44069.735778] [] ? proc_alloc_inode+0x23/0x90
[44069.735790] [] ? perf_swevent_event+0x136/0x140
[44069.735801] [] ? perf_bp_event+0x70/0x80
[44069.735812] [] ? prep_new_page+0x110/0x1a0
[44069.735824] [] ? get_page_from_freelist+0x12e/0x320
[44069.735836] [] ? seq_open+0x3d/0xa0
[44069.735848] [] ? hw_breakpoint_handler.clone.0+0x102/0x130
[44069.735861] [] ? hw_breakpoint_exceptions_notify+0x22/0x30
[44069.735872] [] ? notifier_call_chain+0x45/0x60
[44069.735883] [] ? atomic_notifier_call_chain+0x22/0x30
[44069.735894] [] ? notify_die+0x2d/0x30
[44069.735904] [] ? do_debug+0x88/0x180
[44069.735915] [] ? debug_stack_correct+0x30/0x38
[44069.735928] [] ? testhrarr_startup+0x33/0x52 [testhrarr]
[44069.735940] [] ? testhrarr_proc_show+0x32/0x57 [testhrarr]
[44069.735952] [] ? seq_read+0x145/0x390
[44069.735963] [] ? seq_read+0x0/0x390
[44069.735973] [] ? proc_reg_read+0x64/0xa0
[44069.735985] [] ? vfs_read+0x9f/0x160
[44069.735995] [] ? proc_reg_read+0x0/0xa0
[44069.736003] [] ? 系统读取+0x42/0x70
[44069.736013] [] ? 系统调用+0x7/0xb
[44069.736019] 从 sample_hbp_handler 转储堆栈
[44069.740132] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 0
[44069.740146] testhrarr jiffies 10942435 ; 转：1；ktnsec: 44069740142485
[44069.740159] testhrarr_arr_first 值已更改
[44069.740169] Pid：4302，comm：gnome-terminal 未污染 2.6.38-16-generic #67-Ubuntu
[44069.740176] 呼叫跟踪：
[44069.740195] [] ? sample_hbp_handler+0x2d/0x3b [testhrarr]
[44069.740213] [] ? __perf_event_overflow+0x90/0x240
[44069.740227] [] ? perf_swevent_event+0x136/0x140
[44069.740239] [] ? perf_bp_event+0x70/0x80
[44069.740253] [] ? sched_clock_local+0xd3/0x1c0
[44069.740267] [] ? 格式解码+0x323/0x380
[44069.740280] [] ? hw_breakpoint_handler.clone.0+0x102/0x130
[44069.740292] [] ? hw_breakpoint_exceptions_notify+0x22/0x30
[44069.740302] [] ? notifier_call_chain+0x45/0x60
[44069.740313] [] ? atomic_notifier_call_chain+0x22/0x30
[44069.740324] [] ? notify_die+0x2d/0x30
[44069.740335] [] ? do_debug+0x88/0x180
[44069.740345] [] ? debug_stack_correct+0x30/0x38
[44069.740364] [] ? init_intel_cacheinfo+0​​x103/0x394
[44069.740379] [] ? testhrarr_timer_function+0xed/0x160 [testhrarr]
[44069.740391] [] ? __run_hrtimer+0x6f/0x190
[44069.740404] [] ? testhrarr_timer_function+0x0/0x160 [testhrarr]
[44069.740416] [] ? hrtimer_interrupt+0x108/0x240
[44069.740430] [] ? smp_apic_timer_interrupt+0x56/0x8a
[44069.740441] [] ? apic_timer_interrupt+0x31/0x38
[44069.740453] [] ? _raw_spin_unlock_irqrestore+0x15/0x20
[44069.740465] [] ? try_to_del_timer_sync+0x67/0xb0
[44069.740476] [] ? del_timer_sync+0x29/0x50
[44069.740486] [] ? flush_delayed_work+0x13/0x40
[44069.740500] [] ? tty_flush_to_ldisc+0x12/0x20
[44069.740510] [] ? n_tty_poll+0x4f/0x190
[44069.740523] [] ? tty_poll+0x6d/0x90
[44069.740531] [] ? n_tty_poll+0x0/0x190
[44069.740542] [] ? do_poll.clone.3+0xd0/0x210
[44069.740553] [] ? do_sys_poll+0x134/0x1e0
[44069.740563] [] ? __pollwait+0x0/0xd0
[44069.740572] [] ? 轮询唤醒+0x0/0x60
...
[44069.740742] [] ? 轮询唤醒+0x0/0x60
[44069.740757] [] ? rw_verify_area+0x6c/0x130
[44069.740770] [] ? ktime_get_ts+0xf8/0x120
[44069.740781] [] ? poll_select_set_timeout+0x64/0x70
[44069.740793] [] ? sys_poll+0x5a/0xd0
[44069.740804] [] ? 系统调用+0x7/0xb
[44069.740815] [] ? init_intel_cacheinfo+0​​x23/0x394
[44069.740822] 从 sample_hbp_handler 转储堆栈
[44069.744130] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 1
[44069.744143] testhrarr jiffies 10942436 ; 转：1；ktnsec: 44069744140055
[44069.748132] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 2
[44069.748145] testhrarr jiffies 10942437 ; 转：1；ktnsec: 44069748141271
[44069.752131] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 3
[44069.752145] testhrarr jiffies 10942438 ; 转：1；ktnsec: 44069752141164
[44069.756131] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 4
[44069.756141] testhrarr jiffies 10942439 ; 转：1；ktnsec: 44069756138318
[44069.760130] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 5
[44069.760141] testhrarr jiffies 10942440 ; 转：1；ktnsec: 44069760138469
[44069.760154] testhrarr_arr_first 值已更改
[44069.760164] Pid：4302，comm：gnome-terminal 未污染 2.6.38-16-generic #67-Ubuntu
[44069.760170] 呼叫跟踪：
[44069.760187] [] ? sample_hbp_handler+0x2d/0x3b [testhrarr]
[44069.760202] [] ? __perf_event_overflow+0x90/0x240
[44069.760213] [] ? perf_swevent_event+0x136/0x140
[44069.760224] [] ? perf_bp_event+0x70/0x80
[44069.760235] [] ? sched_clock_local+0xd3/0x1c0
[44069.760247] [] ? 格式解码+0x323/0x380
[44069.760258] [] ? hw_breakpoint_handler.clone.0+0x102/0x130
[44069.760269] [] ? hw_breakpoint_exceptions_notify+0x22/0x30
[44069.760279] [] ? notifier_call_chain+0x45/0x60
[44069.760289] [] ? atomic_notifier_call_chain+0x22/0x30
[44069.760299] [] ? notify_die+0x2d/0x30
[44069.760308] [] ? do_debug+0x88/0x180
[44069.760318] [] ? debug_stack_correct+0x30/0x38
[44069.760334] [] ? init_intel_cacheinfo+0​​x103/0x394
[44069.760345] [] ? testhrarr_timer_function+0xed/0x160 [testhrarr]
[44069.760356] [] ? __run_hrtimer+0x6f/0x190
[44069.760366] [] ? send_to_group.clone.1+0xf8/0x150
[44069.760376] [] ? testhrarr_timer_function+0x0/0x160 [testhrarr]
[44069.760387] [] ? hrtimer_interrupt+0x108/0x240
[44069.760396] [] ? fsnotify+0x1a5/0x290
[44069.760407] [] ? smp_apic_timer_interrupt+0x56/0x8a
[44069.760416] [] ? apic_timer_interrupt+0x31/0x38
[44069.760428] [] ? mem_cgroup_resize_limit+0x108/0x1c0
[44069.760437] [] ? fput+0x0/0x30
[44069.760446] [] ? sys_write+0x67/0x70
[44069.760455] [] ? 系统调用+0x7/0xb
[44069.760464] [] ? init_intel_cacheinfo+0​​x23/0x394
[44069.760470] 从 sample_hbp_handler 转储堆栈
[44069.764134] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 6
[44069.764147] testhrarr jiffies 10942441 ; 转：1；ktnsec: 44069764144141
[44069.768133] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 7
[44069.768146] testhrarr jiffies 10942442 ; 转：1；ktnsec: 44069768142976
[44069.772134] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 8
[44069.772148] testhrarr jiffies 10942443 ; 转：1；ktnsec: 44069772144121
[44069.776132] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 9
[44069.776145] testhrarr jiffies 10942444 ; 转：1；ktnsec: 44069776141971
[44069.780133] testhrarr_timer_function：testhrarr_runco​​unt 10
[44069.780141] 测试 [5, 7, 9, 11, 13, ]

...正如预期的那样，我们准确地得到了 3 次堆栈跟踪 - 一次 during testhrarr_startup，两次 in testhrarr_timer_function：一次 forruncount==0和一次 for 。runcount==5

好吧，希望这对某人有所帮助，
干杯！

Makefile

CONFIG_MODULE_FORCE_UNLOAD=y

# debug build:
# "CFLAGS was changed ... Fix it to use EXTRA_CFLAGS."
override EXTRA_CFLAGS+=-g -O0 

obj-m += testhrarr.o
#testhrarr-objs  := testhrarr.o

all:
    @echo EXTRA_CFLAGS = $(EXTRA_CFLAGS)
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

testhrarr.c

/*
 * [http://www.tldp.org/LDP/lkmpg/2.6/html/lkmpg.html#AEN189 The Linux Kernel Module Programming Guide]
 * https://stackoverflow.com/questions/16920238/reliability-of-linux-kernel-add-timer-at-resolution-of-one-jiffy/17055867#17055867
 * https://stackoverflow.com/questions/8516021/proc-create-example-for-kernel-module/18924359#18924359
 * http://lxr.free-electrons.com/source/samples/hw_breakpoint/data_breakpoint.c
 */


#include <linux/module.h>   /* Needed by all modules */
#include <linux/kernel.h>   /* Needed for KERN_INFO */
#include <linux/init.h>     /* Needed for the macros */
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/time.h>
#include <linux/proc_fs.h>  /* /proc entry */
#include <linux/seq_file.h> /* /proc entry */
#define ARRSIZE 5
#define MAXRUNS 2*ARRSIZE

#include <linux/hrtimer.h>

#define HWDEBUG_STACK 1

#if (HWDEBUG_STACK == 1)
#include <linux/perf_event.h>
#include <linux/hw_breakpoint.h>

struct perf_event * __percpu *sample_hbp;
static char ksym_name[KSYM_NAME_LEN] = "testhrarr_arr";
module_param_string(ksym, ksym_name, KSYM_NAME_LEN, S_IRUGO);
MODULE_PARM_DESC(ksym, "Kernel symbol to monitor; this module will report any"
      " write operations on the kernel symbol");
#endif

static volatile int testhrarr_runcount = 0;
static volatile int testhrarr_isRunning = 0;

static unsigned long period_ms;
static unsigned long period_ns;
static ktime_t ktime_period_ns;
static struct hrtimer my_hrtimer;

static int* testhrarr_arr;
static int* testhrarr_arr_first;

static enum hrtimer_restart testhrarr_timer_function(struct hrtimer *timer)
{
  unsigned long tjnow;
  ktime_t kt_now;
  int ret_overrun;

  printk(KERN_INFO
    " %s: testhrarr_runcount %d \n",
    __func__, testhrarr_runcount);

  if (testhrarr_runcount < MAXRUNS) {
    tjnow = jiffies;
    kt_now = hrtimer_cb_get_time(&my_hrtimer);
    ret_overrun = hrtimer_forward(&my_hrtimer, kt_now, ktime_period_ns);
    printk(KERN_INFO
      " testhrarr jiffies %lu ; ret: %d ; ktnsec: %lld\n",
      tjnow, ret_overrun, ktime_to_ns(kt_now));
    testhrarr_arr[(testhrarr_runcount % ARRSIZE)] += testhrarr_runcount;
    testhrarr_runcount++;
    return HRTIMER_RESTART;
  }
  else {
    int i;
    testhrarr_isRunning = 0;
    // do not use KERN_DEBUG etc, if printk buffering until newline is desired!
    printk("testhrarr_arr [ ");
    for(i=0; i<ARRSIZE; i++) {
      printk("%d, ", testhrarr_arr[i]);
    }
    printk("]\n");
    return HRTIMER_NORESTART;
  }
}

static void testhrarr_startup(void)
{
  if (testhrarr_isRunning == 0) {
    testhrarr_isRunning = 1;
    testhrarr_runcount = 0;
    testhrarr_arr[0] = 0; //just the first element
    hrtimer_start(&my_hrtimer, ktime_period_ns, HRTIMER_MODE_REL);
  }
}


static int testhrarr_proc_show(struct seq_file *m, void *v) {
  if (testhrarr_isRunning == 0) {
    seq_printf(m, "testhrarr proc: startup\n");
    testhrarr_startup();
  } else {
    seq_printf(m, "testhrarr proc: (is running, %d)\n", testhrarr_runcount);
  }
  return 0;
}

static int testhrarr_proc_open(struct inode *inode, struct  file *file) {
  return single_open(file, testhrarr_proc_show, NULL);
}

static const struct file_operations testhrarr_proc_fops = {
  .owner = THIS_MODULE,
  .open = testhrarr_proc_open,
  .read = seq_read,
  .llseek = seq_lseek,
  .release = single_release,
};


#if (HWDEBUG_STACK == 1)
static void sample_hbp_handler(struct perf_event *bp,
             struct perf_sample_data *data,
             struct pt_regs *regs)
{
  printk(KERN_INFO "%s value is changed\n", ksym_name);
  dump_stack();
  printk(KERN_INFO "Dump stack from sample_hbp_handler\n");
}
#endif

static int __init testhrarr_init(void)
{
  struct timespec tp_hr_res;
  #if (HWDEBUG_STACK == 1)
  struct perf_event_attr attr;
  #endif

  period_ms = 1000/HZ;
  hrtimer_get_res(CLOCK_MONOTONIC, &tp_hr_res);
  printk(KERN_INFO
    "Init testhrarr: %d ; HZ: %d ; 1/HZ (ms): %ld ; hrres: %lld.%.9ld\n",
               testhrarr_runcount,      HZ,        period_ms, (long long)tp_hr_res.tv_sec, tp_hr_res.tv_nsec );

  testhrarr_arr = (int*)kcalloc(ARRSIZE, sizeof(int), GFP_ATOMIC);
  testhrarr_arr_first = &testhrarr_arr[0];

  hrtimer_init(&my_hrtimer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
  my_hrtimer.function = &testhrarr_timer_function;
  period_ns = period_ms*( (unsigned long)1E6L );
  ktime_period_ns = ktime_set(0,period_ns);

  printk(KERN_INFO
    " Addresses: _runcount 0x%p ; _arr 0x%p ; _arr[0] 0x%p (0x%p) ; _timer_function 0x%p ; my_hrtimer 0x%p; my_hrt.f 0x%p\n",
    &testhrarr_runcount, &testhrarr_arr, &(testhrarr_arr[0]), testhrarr_arr_first, &testhrarr_timer_function, &my_hrtimer, &my_hrtimer.function);


  proc_create("testhrarr_proc", 0, NULL, &testhrarr_proc_fops);


  #if (HWDEBUG_STACK == 1)
  hw_breakpoint_init(&attr);
  if (strcmp(ksym_name, "testhrarr_arr_first") == 0) {
    // just for testhrarr_arr_first - interpret the found symbol address
    // as int*, and dereference it to get the "real" address it points to
    attr.bp_addr = *((int*)kallsyms_lookup_name(ksym_name));
  } else {
    // the usual - address is kallsyms_lookup_name result
    attr.bp_addr = kallsyms_lookup_name(ksym_name);
  }
  attr.bp_len = HW_BREAKPOINT_LEN_1;
  attr.bp_type = HW_BREAKPOINT_W ; //| HW_BREAKPOINT_R;

  sample_hbp = register_wide_hw_breakpoint(&attr, (perf_overflow_handler_t)sample_hbp_handler);
  if (IS_ERR((void __force *)sample_hbp)) {
    int ret = PTR_ERR((void __force *)sample_hbp);
    printk(KERN_INFO "Breakpoint registration failed\n");
    return ret;
  }

  // explicit cast needed to show 64-bit bp_addr as 32-bit address
  // https://stackoverflow.com/questions/11796909/how-to-resolve-cast-to-pointer-from-integer-of-different-size-warning-in-c-co/11797103#11797103
  printk(KERN_INFO "HW Breakpoint for %s write installed (0x%p)\n", ksym_name, (void*)(uintptr_t)attr.bp_addr);
  #endif

  return 0;
}

static void __exit testhrarr_exit(void)
{
  int ret_cancel = 0;
  kfree(testhrarr_arr);
  while( hrtimer_callback_running(&my_hrtimer) ) {
    ret_cancel++;
  }
  if (ret_cancel != 0) {
    printk(KERN_INFO " testhrarr Waited for hrtimer callback to finish (%d)\n", ret_cancel);
  }
  if (hrtimer_active(&my_hrtimer) != 0) {
    ret_cancel = hrtimer_cancel(&my_hrtimer);
    printk(KERN_INFO " testhrarr active hrtimer cancelled: %d (%d)\n", ret_cancel, testhrarr_runcount);
  }
  if (hrtimer_is_queued(&my_hrtimer) != 0) {
    ret_cancel = hrtimer_cancel(&my_hrtimer);
    printk(KERN_INFO " testhrarr queued hrtimer cancelled: %d (%d)\n", ret_cancel, testhrarr_runcount);
  }
  remove_proc_entry("testhrarr_proc", NULL);
  #if (HWDEBUG_STACK == 1)
  unregister_wide_hw_breakpoint(sample_hbp);
  printk(KERN_INFO "HW Breakpoint for %s write uninstalled\n", ksym_name);
  #endif
  printk(KERN_INFO "Exit testhrarr\n");
}

module_init(testhrarr_init);
module_exit(testhrarr_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
于 2013-11-03T16:35:10.170 回答
1

您需要为此提供硬件支持。CPU 需要感知某个内存地址何时被写入并调用一些代码——中断或异常处理程序。根据我的经验，我在 PowerPC 平台上看到过这种情况，但在 x86 上没有。它被称为硬件观察点。

理论上，如果你在模拟器中运行，你可以模拟这种行为，但我对目前存在的模拟器完全不熟悉。

编辑：我又挖了一点，似乎在 Linux 中有一个通用的硬件断点接口，并且 x86 有这样一个寄存器。它被称为 DR7。查看“include/linux/hw_breakpoint.h”中的函数。看起来 ptrace 和/或 perf 使用这些接口。祝你调试顺利！

于 2013-11-01T20:22:36.337 回答