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rt smart应用程序调试记录

发布于 2023-08-16 19:56:20 浏览：607 订阅该版

[tocm]

本文是在qemu-virt64-aarch64下运行smart-fetch的调试记录

## 准备

### 编译

按照userapps的readme进行编译，编译前键入如下命令，即可编译出带调试信息的userapps
```
xmake f --mode=debug
```

### gdb配置

在调试过程中需要进入内核，所以需要同时加载内核和应用程序的elf符号表。设置`.gdbinit`文件如下：

```
target remote localhost:1234
file ../../../rt-thread/bsp/qemu-virt64-aarch64/rtthread.elf
add-symbol-file ../../apps/build/rootfs/bin/smart-fetch
```

首先使用`readelf`工具查看`smart-fetch`程序，发现其`entry point`是`0x200000`的`_start`,于是在gdb中打断点`b *0x200000`(或`b _start`)，在输入`smart-fetch`后成功暂停

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230816/040bd5c55e49f175fce3ebfc27814650.png.webp)

### libc库查看

本工程采用musl libc，可以自行下载查看源码

## 调试记录

以下按函数执行的顺序来进行记录

### _start

该函数将当前用户态栈指针设置为`0xffff80000000`，为用户空间较高的地址，之后跳到`_start_c`

### _start_c

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230817/3a7bffc3f2e3f69af8cfeb8ed543bbb9.png)

所传入的参数`*p`地址为smart预先设置的`0xfffffffff000`。这里存放了应用程序初始化所需的参数，由操作系统设置，最后调用传参为`__libc_start_main(main, 1, "/bin/smart-fetch",_init,_fini, 0 )`

### __libc_start_main

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230817/e29a7a146b77c9b37d51d547c368b319.png)

- 首先获得程序的环境变量(操作系统设置，含有操作系统名称，执行文件的信息等)
- 调用`__init_libc(envp, "/bin/smart-fetch")`
- `__asm__ ( "" : "+r"(stage2) : : "memory" )`表示保证在之后`stage2`采用更新后的值，避免使用缓存的值

### __init_libc

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230817/f3cf4ac044e264f83d51eb04146f2cef.png)

该函数前面主要是通过`envp`来获取一些程序信息如pagesize等，接下来执行`__init_tls`和`__init_ssp`

### __init_tls

该函数目的是初始化线程局部存储(thread local storage)。它需要根据elf文件的类型为`PT_TLS`的段来对线程局部存储进行初始化。这里由于smart-fetch不是多线程程序，没有`PT_TLS`类型的段，故该函数在这里没有进行实际的操作。

### __init_ssp

该函数是初始化栈保护机制，但这里并未实现该机制。执行dummy函数，不做任何操作

### libc_start_main_stage2

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230817/7e84431503fd3bb25f216fa8e9205a1a.png)

- 首先执行`__libc_start_init`进行初始化
- 之后调用`main`函数获取返回值
- 之后调用`exit(main_ret)`来进行清理

### __libc_start_init

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230817/c07601a0a0da9ad648cdabc920597f36.png)

- 调用事先注册好的初始化函数列表`__init_array_start`。
- 本处调用了`frame_dummy`函数，该函数并不是musl库里的函数，而是gcc编译时插入的函数。该函数调用初始化函数(即定义了`__attribute__((constructor))`的函数)，并调用`register_tm_clones`来注册多线程下的克隆函数。因为这个程序无初始化函数和多线程的特性，所以该函数实际上并未执行任何操作。

### exit

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230817/43ae4592437d3d2d46f5814d62e00711.png)

- `__funcs_on_exit`:无操作
- `__libc_exit_fini`:该函数对应于`__libc_start_init`,调用解构函数，注销多线程克隆函数,在这里也没有实质性的操作
- `_stdio_exit`:关闭所有打开文件及标准输入、输出、错误文件
- `_Exit`:调用`SYS_exit_group`系统调用，之后就是操作系统进行资源回收

## 缺页异常处理

当访问一个不存在页时，aarch改变的寄存器

- sp 0xffff80000000 -> 0xffff0000002b6520
- pc 0x20008 -> 0xffff0000000c6400
- cpsr 0 -> 0x3c5
- elr_el1 0x200000 -> 0x200008
- sp_el0 0 -> 0xffff80000000
- ESR_EL1 0-> 0x92000045
- FAR_EL1 0 -> 0xffff7fffffd0
aarch64自动做的事(通过对比缺页触发前后寄存器值得出)：