Linux内核设计与实现 - 课程大纲

课程目录（共18节课）

1. Linux内核概述与架构设计
2. 进程管理与调度
3. 内存管理机制
4. 虚拟文件系统(VFS)
5. 设备驱动模型
6. 中断与异常处理
7. 内核同步机制
8. 时间管理与定时器
9. 模块机制与动态加载
10. 系统调用实现
11. 网络协议栈架构
12. 块I/O子系统
13. 电源管理框架
14. 安全机制与SELinux
15. 虚拟化支持(KVM)
16. 实时内核扩展(RT-Preempt)
17. 性能调优与profiling
18. 内核调试

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第18章 内核调试

核心知识点

1. 调试方法论

   • 预防性设计（BUG_ON/WARN_ON）
   • 二分法定位策略
   • 最小复现环境构建

2. 工具链

   # 常用调试工具
   objdump -d vmlinux  # 反汇编
   addr2line -e vmlinux <address>  # 地址转换
   gdb vmlinux -ex "target remote /dev/ttyUSB0"  # 远程调试
   

3. 内核设施

   • printk与动态调试（dyndbg）

   pr_debug("Debug info: %s\n", debug_str);  // 动态开启
   

   • Kprobes动态插桩
   • Ftrace函数跟踪

   echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
   

4. 崩溃分析

   • Oops消息解码
   • Crash工具使用

   crash vmlinux vmcore  # 分析转储文件
   

   • Kdump配置流程

5. 硬件辅助调试

   • JTAG调试接口
   • KGDB远程调试
   • 性能监控单元(PMU)使用

实验环节

1. 通过sysrq触发软死锁并分析
2. 使用perf定位性能瓶颈
3. 编写触发Oops的模块并解析

扩展阅读

• 《Linux Kernel Debugging》- Kaiwan N Billimoria
• Documentation/admin-guide/bug-hunting.rst