Merge branch 'semaphore' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/willy/misc
[linux-2.6] / Documentation / DocBook / kgdb.tmpl
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2 <!DOCTYPE book PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.1.2//EN"
3         "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.1.2/docbookx.dtd" []>
4
5 <book id="kgdbOnLinux">
6  <bookinfo>
7   <title>Using kgdb and the kgdb Internals</title>
8
9   <authorgroup>
10    <author>
11     <firstname>Jason</firstname>
12     <surname>Wessel</surname>
13     <affiliation>
14      <address>
15       <email>jason.wessel@windriver.com</email>
16      </address>
17     </affiliation>
18    </author>
19   </authorgroup>
20
21   <authorgroup>
22    <author>
23     <firstname>Tom</firstname>
24     <surname>Rini</surname>
25     <affiliation>
26      <address>
27       <email>trini@kernel.crashing.org</email>
28      </address>
29     </affiliation>
30    </author>
31   </authorgroup>
32
33   <authorgroup>
34    <author>
35     <firstname>Amit S.</firstname>
36     <surname>Kale</surname>
37     <affiliation>
38      <address>
39       <email>amitkale@linsyssoft.com</email>
40      </address>
41     </affiliation>
42    </author>
43   </authorgroup>
44
45   <copyright>
46    <year>2008</year>
47    <holder>Wind River Systems, Inc.</holder>
48   </copyright>
49   <copyright>
50    <year>2004-2005</year>
51    <holder>MontaVista Software, Inc.</holder>
52   </copyright>
53   <copyright>
54    <year>2004</year>
55    <holder>Amit S. Kale</holder>
56   </copyright>
57
58   <legalnotice>
59    <para>
60    This file is licensed under the terms of the GNU General Public License
61    version 2. This program is licensed "as is" without any warranty of any
62    kind, whether express or implied.
63    </para>
64
65   </legalnotice>
66  </bookinfo>
67
68 <toc></toc>
69   <chapter id="Introduction">
70     <title>Introduction</title>
71     <para>
72     kgdb is a source level debugger for linux kernel. It is used along
73     with gdb to debug a linux kernel.  The expectation is that gdb can
74     be used to "break in" to the kernel to inspect memory, variables
75     and look through a cal stack information similar to what an
76     application developer would use gdb for.  It is possible to place
77     breakpoints in kernel code and perform some limited execution
78     stepping.
79     </para>
80     <para>
81     Two machines are required for using kgdb. One of these machines is a
82     development machine and the other is a test machine.  The kernel
83     to be debugged runs on the test machine. The development machine
84     runs an instance of gdb against the vmlinux file which contains
85     the symbols (not boot image such as bzImage, zImage, uImage...).
86     In gdb the developer specifies the connection parameters and
87     connects to kgdb.  Depending on which kgdb I/O modules exist in
88     the kernel for a given architecture, it may be possible to debug
89     the test machine's kernel with the development machine using a
90     rs232 or ethernet connection.
91     </para>
92   </chapter>
93   <chapter id="CompilingAKernel">
94     <title>Compiling a kernel</title>
95     <para>
96     To enable <symbol>CONFIG_KGDB</symbol>, look under the "Kernel debugging"
97     and then select "KGDB: kernel debugging with remote gdb".
98     </para>
99     <para>
100     Next you should choose one of more I/O drivers to interconnect debugging
101     host and debugged target.  Early boot debugging requires a KGDB
102     I/O driver that supports early debugging and the driver must be
103     built into the kernel directly. Kgdb I/O driver configuration
104     takes place via kernel or module parameters, see following
105     chapter.
106     </para>
107     <para>
108     The kgdb test compile options are described in the kgdb test suite chapter.
109     </para>
110
111   </chapter>
112   <chapter id="EnableKGDB">
113    <title>Enable kgdb for debugging</title>
114    <para>
115    In order to use kgdb you must activate it by passing configuration
116    information to one of the kgdb I/O drivers.  If you do not pass any
117    configuration information kgdb will not do anything at all.  Kgdb
118    will only actively hook up to the kernel trap hooks if a kgdb I/O
119    driver is loaded and configured.  If you unconfigure a kgdb I/O
120    driver, kgdb will unregister all the kernel hook points.
121    </para>
122    <para>
123    All drivers can be reconfigured at run time, if
124    <symbol>CONFIG_SYSFS</symbol> and <symbol>CONFIG_MODULES</symbol>
125    are enabled, by echo'ing a new config string to
126    <constant>/sys/module/&lt;driver&gt;/parameter/&lt;option&gt;</constant>.
127    The driver can be unconfigured by passing an empty string.  You cannot
128    change the configuration while the debugger is attached.  Make sure
129    to detach the debugger with the <constant>detach</constant> command
130    prior to trying unconfigure a kgdb I/O driver.
131    </para>
132    <sect1 id="kgdbwait">
133    <title>Kernel parameter: kgdbwait</title>
134    <para>
135    The Kernel command line option <constant>kgdbwait</constant> makes
136    kgdb wait for a debugger connection during booting of a kernel.  You
137    can only use this option you compiled a kgdb I/O driver into the
138    kernel and you specified the I/O driver configuration as a kernel
139    command line option.  The kgdbwait parameter should always follow the
140    configuration parameter for the kgdb I/O driver in the kernel
141    command line else the I/O driver will not be configured prior to
142    asking the kernel to use it to wait.
143    </para>
144    <para>
145    The kernel will stop and wait as early as the I/O driver and
146    architecture will allow when you use this option.  If you build the
147    kgdb I/O driver as a kernel module kgdbwait will not do anything.
148    </para>
149    </sect1>
150   <sect1 id="kgdboc">
151   <title>Kernel parameter: kgdboc</title>
152   <para>
153   The kgdboc driver was originally an abbreviation meant to stand for
154   "kgdb over console".  Kgdboc is designed to work with a single
155   serial port. It was meant to cover the circumstance
156   where you wanted to use a serial console as your primary console as
157   well as using it to perform kernel debugging.  Of course you can
158   also use kgdboc without assigning a console to the same port.
159   </para>
160   <sect2 id="UsingKgdboc">
161   <title>Using kgdboc</title>
162   <para>
163   You can configure kgdboc via sysfs or a module or kernel boot line
164   parameter depending on if you build with CONFIG_KGDBOC as a module
165   or built-in.
166   <orderedlist>
167   <listitem><para>From the module load or build-in</para>
168   <para><constant>kgdboc=&lt;tty-device&gt;,[baud]</constant></para>
169   <para>
170   The example here would be if your console port was typically ttyS0, you would use something like <constant>kgdboc=ttyS0,115200</constant> or on the ARM Versatile AB you would likely use <constant>kgdboc=ttyAMA0,115200</constant>
171   </para>
172   </listitem>
173   <listitem><para>From sysfs</para>
174   <para><constant>echo ttyS0 &gt; /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc</constant></para>
175   </listitem>
176   </orderedlist>
177   </para>
178   <para>
179   NOTE: Kgdboc does not support interrupting the target via the
180   gdb remote protocol.  You must manually send a sysrq-g unless you
181   have a proxy that splits console output to a terminal problem and
182   has a separate port for the debugger to connect to that sends the
183   sysrq-g for you.
184   </para>
185   <para>When using kgdboc with no debugger proxy, you can end up
186   connecting the debugger for one of two entry points.  If an
187   exception occurs after you have loaded kgdboc a message should print
188   on the console stating it is waiting for the debugger.  In case you
189   disconnect your terminal program and then connect the debugger in
190   its place.  If you want to interrupt the target system and forcibly
191   enter a debug session you have to issue a Sysrq sequence and then
192   type the letter <constant>g</constant>.  Then you disconnect the
193   terminal session and connect gdb.  Your options if you don't like
194   this are to hack gdb to send the sysrq-g for you as well as on the
195   initial connect, or to use a debugger proxy that allows an
196   unmodified gdb to do the debugging.
197   </para>
198   </sect2>
199   </sect1>
200   <sect1 id="kgdbcon">
201   <title>Kernel parameter: kgdbcon</title>
202   <para>
203   Kgdb supports using the gdb serial protocol to send console messages
204   to the debugger when the debugger is connected and running.  There
205   are two ways to activate this feature.
206   <orderedlist>
207   <listitem><para>Activate with the kernel command line option:</para>
208   <para><constant>kgdbcon</constant></para>
209   </listitem>
210   <listitem><para>Use sysfs before configuring an io driver</para>
211   <para>
212   <constant>echo 1 &gt; /sys/module/kgdb/parameters/kgdb_use_con</constant>
213   </para>
214   <para>
215   NOTE: If you do this after you configure the kgdb I/O driver, the
216   setting will not take effect until the next point the I/O is
217   reconfigured.
218   </para>
219   </listitem>
220   </orderedlist>
221   </para>
222   <para>
223   IMPORTANT NOTE: Using this option with kgdb over the console
224   (kgdboc) or kgdb over ethernet (kgdboe) is not supported.
225   </para>
226   </sect1>
227   </chapter>
228   <chapter id="ConnectingGDB">
229   <title>Connecting gdb</title>
230     <para>
231     If you are using kgdboc, you need to have used kgdbwait as a boot
232     argument, issued a sysrq-g, or the system you are going to debug
233     has already taken an exception and is waiting for the debugger to
234     attach before you can connect gdb.
235     </para>
236     <para>
237     If you are not using different kgdb I/O driver other than kgdboc,
238     you should be able to connect and the target will automatically
239     respond.
240     </para>
241     <para>
242     Example (using a serial port):
243     </para>
244     <programlisting>
245     % gdb ./vmlinux
246     (gdb) set remotebaud 115200
247     (gdb) target remote /dev/ttyS0
248     </programlisting>
249     <para>
250     Example (kgdb to a terminal server):
251     </para>
252     <programlisting>
253     % gdb ./vmlinux
254     (gdb) target remote udp:192.168.2.2:6443
255     </programlisting>
256     <para>
257     Example (kgdb over ethernet):
258     </para>
259     <programlisting>
260     % gdb ./vmlinux
261     (gdb) target remote udp:192.168.2.2:6443
262     </programlisting>
263     <para>
264     Once connected, you can debug a kernel the way you would debug an
265     application program.
266     </para>
267     <para>
268     If you are having problems connecting or something is going
269     seriously wrong while debugging, it will most often be the case
270     that you want to enable gdb to be verbose about its target
271     communications.  You do this prior to issuing the <constant>target
272     remote</constant> command by typing in: <constant>set remote debug 1</constant>
273     </para>
274   </chapter>
275   <chapter id="KGDBTestSuite">
276     <title>kgdb Test Suite</title>
277     <para>
278     When kgdb is enabled in the kernel config you can also elect to
279     enable the config parameter KGDB_TESTS.  Turning this on will
280     enable a special kgdb I/O module which is designed to test the
281     kgdb internal functions.
282     </para>
283     <para>
284     The kgdb tests are mainly intended for developers to test the kgdb
285     internals as well as a tool for developing a new kgdb architecture
286     specific implementation.  These tests are not really for end users
287     of the Linux kernel.  The primary source of documentation would be
288     to look in the drivers/misc/kgdbts.c file.
289     </para>
290     <para>
291     The kgdb test suite can also be configured at compile time to run
292     the core set of tests by setting the kernel config parameter
293     KGDB_TESTS_ON_BOOT.  This particular option is aimed at automated
294     regression testing and does not require modifying the kernel boot
295     config arguments.  If this is turned on, the kgdb test suite can
296     be disabled by specifying "kgdbts=" as a kernel boot argument.
297     </para>
298   </chapter>
299   <chapter id="CommonBackEndReq">
300   <title>KGDB Internals</title>
301   <sect1 id="kgdbArchitecture">
302     <title>Architecture Specifics</title>
303       <para>
304       Kgdb is organized into three basic components:
305       <orderedlist>
306       <listitem><para>kgdb core</para>
307       <para>
308       The kgdb core is found in kernel/kgdb.c.  It contains:
309       <itemizedlist>
310       <listitem><para>All the logic to implement the gdb serial protocol</para></listitem>
311       <listitem><para>A generic OS exception handler which includes sync'ing the processors into a stopped state on an multi cpu system.</para></listitem>
312       <listitem><para>The API to talk to the kgdb I/O drivers</para></listitem>
313       <listitem><para>The API to make calls to the arch specific kgdb implementation</para></listitem>
314       <listitem><para>The logic to perform safe memory reads and writes to memory while using the debugger</para></listitem>
315       <listitem><para>A full implementation for software breakpoints unless overridden by the arch</para></listitem>
316       </itemizedlist>
317       </para>
318       </listitem>
319       <listitem><para>kgdb arch specific implementation</para>
320       <para>
321       This implementation is generally found in arch/*/kernel/kgdb.c.
322       As an example, arch/x86/kernel/kgdb.c contains the specifics to
323       implement HW breakpoint as well as the initialization to
324       dynamically register and unregister for the trap handlers on
325       this architecture.  The arch specific portion implements:
326       <itemizedlist>
327       <listitem><para>contains an arch specific trap catcher which
328       invokes kgdb_handle_exception() to start kgdb about doing its
329       work</para></listitem>
330       <listitem><para>translation to and from gdb specific packet format to pt_regs</para></listitem>
331       <listitem><para>Registration and unregistration of architecture specific trap hooks</para></listitem>
332       <listitem><para>Any special exception handling and cleanup</para></listitem>
333       <listitem><para>NMI exception handling and cleanup</para></listitem>
334       <listitem><para>(optional)HW breakpoints</para></listitem>
335       </itemizedlist>
336       </para>
337       </listitem>
338       <listitem><para>kgdb I/O driver</para>
339       <para>
340       Each kgdb I/O driver has to provide an implemenation for the following:
341       <itemizedlist>
342       <listitem><para>configuration via builtin or module</para></listitem>
343       <listitem><para>dynamic configuration and kgdb hook registration calls</para></listitem>
344       <listitem><para>read and write character interface</para></listitem>
345       <listitem><para>A cleanup handler for unconfiguring from the kgdb core</para></listitem>
346       <listitem><para>(optional) Early debug methodology</para></listitem>
347       </itemizedlist>
348       Any given kgdb I/O driver has to operate very closely with the
349       hardware and must do it in such a way that does not enable
350       interrupts or change other parts of the system context without
351       completely restoring them. The kgdb core will repeatedly "poll"
352       a kgdb I/O driver for characters when it needs input.  The I/O
353       driver is expected to return immediately if there is no data
354       available.  Doing so allows for the future possibility to touch
355       watch dog hardware in such a way as to have a target system not
356       reset when these are enabled.
357       </para>
358       </listitem>
359       </orderedlist>
360       </para>
361       <para>
362       If you are intent on adding kgdb architecture specific support
363       for a new architecture, the architecture should define
364       <constant>HAVE_ARCH_KGDB</constant> in the architecture specific
365       Kconfig file.  This will enable kgdb for the architecture, and
366       at that point you must create an architecture specific kgdb
367       implementation.
368       </para>
369       <para>
370       There are a few flags which must be set on every architecture in
371       their &lt;asm/kgdb.h&gt; file.  These are:
372       <itemizedlist>
373         <listitem>
374           <para>
375           NUMREGBYTES: The size in bytes of all of the registers, so
376           that we can ensure they will all fit into a packet.
377           </para>
378           <para>
379           BUFMAX: The size in bytes of the buffer GDB will read into.
380           This must be larger than NUMREGBYTES.
381           </para>
382           <para>
383           CACHE_FLUSH_IS_SAFE: Set to 1 if it is always safe to call
384           flush_cache_range or flush_icache_range.  On some architectures,
385           these functions may not be safe to call on SMP since we keep other
386           CPUs in a holding pattern.
387           </para>
388         </listitem>
389       </itemizedlist>
390       </para>
391       <para>
392       There are also the following functions for the common backend,
393       found in kernel/kgdb.c, that must be supplied by the
394       architecture-specific backend unless marked as (optional), in
395       which case a default function maybe used if the architecture
396       does not need to provide a specific implementation.
397       </para>
398 !Iinclude/linux/kgdb.h
399   </sect1>
400   <sect1 id="kgdbocDesign">
401   <title>kgdboc internals</title>
402   <para>
403   The kgdboc driver is actually a very thin driver that relies on the
404   underlying low level to the hardware driver having "polling hooks"
405   which the to which the tty driver is attached.  In the initial
406   implementation of kgdboc it the serial_core was changed to expose a
407   low level uart hook for doing polled mode reading and writing of a
408   single character while in an atomic context.  When kgdb makes an I/O
409   request to the debugger, kgdboc invokes a call back in the serial
410   core which in turn uses the call back in the uart driver.  It is
411   certainly possible to extend kgdboc to work with non-uart based
412   consoles in the future.
413   </para>
414   <para>
415   When using kgdboc with a uart, the uart driver must implement two callbacks in the <constant>struct uart_ops</constant>. Example from drivers/8250.c:<programlisting>
416 #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
417         .poll_get_char = serial8250_get_poll_char,
418         .poll_put_char = serial8250_put_poll_char,
419 #endif
420   </programlisting>
421   Any implementation specifics around creating a polling driver use the
422   <constant>#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL</constant>, as shown above.
423   Keep in mind that polling hooks have to be implemented in such a way
424   that they can be called from an atomic context and have to restore
425   the state of the uart chip on return such that the system can return
426   to normal when the debugger detaches.  You need to be very careful
427   with any kind of lock you consider, because failing here is most
428   going to mean pressing the reset button.
429   </para>
430   </sect1>
431   </chapter>
432   <chapter id="credits">
433      <title>Credits</title>
434         <para>
435                 The following people have contributed to this document:
436                 <orderedlist>
437                         <listitem><para>Amit Kale<email>amitkale@linsyssoft.com</email></para></listitem>
438                         <listitem><para>Tom Rini<email>trini@kernel.crashing.org</email></para></listitem>
439                 </orderedlist>
440                 In March 2008 this document was completely rewritten by:
441                 <itemizedlist>
442                 <listitem><para>Jason Wessel<email>jason.wessel@windriver.com</email></para></listitem>
443                 </itemizedlist>
444         </para>
445   </chapter>
446 </book>
447