3. QEMU虚拟机调试：使用QEMU启动内核、配置GDB远程调试、连接QEMU的GDB stub

QEMU 是内核调试中最常用的全系统模拟器。它内置了 GDB stub，允许 GDB 通过 TCP 远程连接到 QEMU 的虚拟 CPU，实现与真实硬件几乎一致的调试体验。本章将完整演示从 QEMU 启动内核到 GDB 远程连接的全流程。

3.1 使用 QEMU 启动内核

启动一个可调试的内核需要准备内核镜像（vmlinux）、根文件系统（initrd 或磁盘镜像）以及正确的 QEMU 参数。以下是最小化启动命令模板：

qemu-system-x86_64 \
    -kernel /path/to/arch/x86_64/boot/bzImage \
    -initrd /path/to/rootfs.cpio.gz \
    -append "console=ttyS0 nokaslr" \
    -nographic \
    -s

3.2 QEMU GDB stub 架构

下图展示了 QEMU、GDB stub 与 GDB 客户端之间的通信架构：

3.3 配置 GDB 远程调试

启动 QEMU 后，在另一个终端中启动 GDB 并加载内核符号文件：

# 启动 GDB，加载未压缩的内核镜像（含符号表）
gdb /path/to/vmlinux

# 在 GDB 内部执行远程连接
(gdb) target remote :1234
Remote debugging using :1234
0xffffffff81000000 in ?? ()

# 验证连接状态
(gdb) info registers
rax            0x0                 0
rbx            0x0                 0
rcx            0x0                 0
rdx            0x0                 0
rsi            0x0                 0
rdi            0x0                 0
rip            0xffffffff81000000  0xffffffff81000000
...

3.4 连接 QEMU 的 GDB stub

连接成功后，GDB 会停在 QEMU 启动后的第一条指令（通常是 BIOS 或内核入口点）。此时可以执行标准调试操作：

3.5 完整调试启动流程

以下是一个从 QEMU 启动到内核入口点断点的完整操作序列：

1. 终端 1： 启动 QEMU，等待 GDB 连接

qemu-system-x86_64 \
    -kernel bzImage \
    -initrd initramfs.cpio.gz \
    -append "console=ttyS0 nokaslr" \
    -nographic \
    -S -s

2. 终端 2： 启动 GDB 并连接

gdb vmlinux
(gdb) target remote :1234
(gdb) break start_kernel
(gdb) continue

此时 QEMU 开始执行，直到进入 start_kernel 函数后暂停，GDB 返回提示符：

Breakpoint 1, start_kernel () at init/main.c:576
576     {
(gdb) list
571     asmlinkage __visible void __init __no_sanitize_address start_kernel(void)
572     {
573             char *command_line;
574             char *after_dashes;
575
576             set_task_stack_end_magic(&init_task);
577             smp_setup_processor_id();
578             debug_objects_early_init();
579             init_vmlinux_build_id();
580             cgroup_init_early();
581             local_irq_disable();

3.6 断开与重连

调试过程中可以安全地断开 GDB 而不影响 QEMU 运行：

# 断开连接（QEMU 继续运行）
(gdb) disconnect

# 重新连接（QEMU 必须仍在运行）
(gdb) target remote :1234

3.7 调试配置检查清单

在开始调试前，逐项确认以下配置：