Merge tag 'amlogic-fixes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/khilman...
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / dev-tools / kgdb.rst
1 =================================================
2 Using kgdb, kdb and the kernel debugger internals
3 =================================================
4
5 :Author: Jason Wessel
6
7 Introduction
8 ============
9
10 The kernel has two different debugger front ends (kdb and kgdb) which
11 interface to the debug core. It is possible to use either of the
12 debugger front ends and dynamically transition between them if you
13 configure the kernel properly at compile and runtime.
14
15 Kdb is simplistic shell-style interface which you can use on a system
16 console with a keyboard or serial console. You can use it to inspect
17 memory, registers, process lists, dmesg, and even set breakpoints to
18 stop in a certain location. Kdb is not a source level debugger, although
19 you can set breakpoints and execute some basic kernel run control. Kdb
20 is mainly aimed at doing some analysis to aid in development or
21 diagnosing kernel problems. You can access some symbols by name in
22 kernel built-ins or in kernel modules if the code was built with
23 ``CONFIG_KALLSYMS``.
24
25 Kgdb is intended to be used as a source level debugger for the Linux
26 kernel. It is used along with gdb to debug a Linux kernel. The
27 expectation is that gdb can be used to "break in" to the kernel to
28 inspect memory, variables and look through call stack information
29 similar to the way an application developer would use gdb to debug an
30 application. It is possible to place breakpoints in kernel code and
31 perform some limited execution stepping.
32
33 Two machines are required for using kgdb. One of these machines is a
34 development machine and the other is the target machine. The kernel to
35 be debugged runs on the target machine. The development machine runs an
36 instance of gdb against the vmlinux file which contains the symbols (not
37 a boot image such as bzImage, zImage, uImage...). In gdb the developer
38 specifies the connection parameters and connects to kgdb. The type of
39 connection a developer makes with gdb depends on the availability of
40 kgdb I/O modules compiled as built-ins or loadable kernel modules in the
41 test machine's kernel.
42
43 Compiling a kernel
44 ==================
45
46 -  In order to enable compilation of kdb, you must first enable kgdb.
47
48 -  The kgdb test compile options are described in the kgdb test suite
49    chapter.
50
51 Kernel config options for kgdb
52 ------------------------------
53
54 To enable ``CONFIG_KGDB`` you should look under
55 :menuselection:`Kernel hacking --> Kernel debugging` and select
56 :menuselection:`KGDB: kernel debugger`.
57
58 While it is not a hard requirement that you have symbols in your vmlinux
59 file, gdb tends not to be very useful without the symbolic data, so you
60 will want to turn on ``CONFIG_DEBUG_INFO`` which is called
61 :menuselection:`Compile the kernel with debug info` in the config menu.
62
63 It is advised, but not required, that you turn on the
64 ``CONFIG_FRAME_POINTER`` kernel option which is called :menuselection:`Compile
65 the kernel with frame pointers` in the config menu. This option inserts code
66 to into the compiled executable which saves the frame information in
67 registers or on the stack at different points which allows a debugger
68 such as gdb to more accurately construct stack back traces while
69 debugging the kernel.
70
71 If the architecture that you are using supports the kernel option
72 ``CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX``, you should consider turning it off. This
73 option will prevent the use of software breakpoints because it marks
74 certain regions of the kernel's memory space as read-only. If kgdb
75 supports it for the architecture you are using, you can use hardware
76 breakpoints if you desire to run with the ``CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX``
77 option turned on, else you need to turn off this option.
78
79 Next you should choose one of more I/O drivers to interconnect debugging
80 host and debugged target. Early boot debugging requires a KGDB I/O
81 driver that supports early debugging and the driver must be built into
82 the kernel directly. Kgdb I/O driver configuration takes place via
83 kernel or module parameters which you can learn more about in the in the
84 section that describes the parameter kgdboc.
85
86 Here is an example set of ``.config`` symbols to enable or disable for kgdb::
87
88   # CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX is not set
89   CONFIG_FRAME_POINTER=y
90   CONFIG_KGDB=y
91   CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
92
93 Kernel config options for kdb
94 -----------------------------
95
96 Kdb is quite a bit more complex than the simple gdbstub sitting on top
97 of the kernel's debug core. Kdb must implement a shell, and also adds
98 some helper functions in other parts of the kernel, responsible for
99 printing out interesting data such as what you would see if you ran
100 ``lsmod``, or ``ps``. In order to build kdb into the kernel you follow the
101 same steps as you would for kgdb.
102
103 The main config option for kdb is ``CONFIG_KGDB_KDB`` which is called
104 :menuselection:`KGDB_KDB: include kdb frontend for kgdb` in the config menu.
105 In theory you would have already also selected an I/O driver such as the
106 ``CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE`` interface if you plan on using kdb on a
107 serial port, when you were configuring kgdb.
108
109 If you want to use a PS/2-style keyboard with kdb, you would select
110 ``CONFIG_KDB_KEYBOARD`` which is called :menuselection:`KGDB_KDB: keyboard as
111 input device` in the config menu. The ``CONFIG_KDB_KEYBOARD`` option is not
112 used for anything in the gdb interface to kgdb. The ``CONFIG_KDB_KEYBOARD``
113 option only works with kdb.
114
115 Here is an example set of ``.config`` symbols to enable/disable kdb::
116
117   # CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX is not set
118   CONFIG_FRAME_POINTER=y
119   CONFIG_KGDB=y
120   CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
121   CONFIG_KGDB_KDB=y
122   CONFIG_KDB_KEYBOARD=y
123
124 Kernel Debugger Boot Arguments
125 ==============================
126
127 This section describes the various runtime kernel parameters that affect
128 the configuration of the kernel debugger. The following chapter covers
129 using kdb and kgdb as well as providing some examples of the
130 configuration parameters.
131
132 Kernel parameter: kgdboc
133 ------------------------
134
135 The kgdboc driver was originally an abbreviation meant to stand for
136 "kgdb over console". Today it is the primary mechanism to configure how
137 to communicate from gdb to kgdb as well as the devices you want to use
138 to interact with the kdb shell.
139
140 For kgdb/gdb, kgdboc is designed to work with a single serial port. It
141 is intended to cover the circumstance where you want to use a serial
142 console as your primary console as well as using it to perform kernel
143 debugging. It is also possible to use kgdb on a serial port which is not
144 designated as a system console. Kgdboc may be configured as a kernel
145 built-in or a kernel loadable module. You can only make use of
146 ``kgdbwait`` and early debugging if you build kgdboc into the kernel as
147 a built-in.
148
149 Optionally you can elect to activate kms (Kernel Mode Setting)
150 integration. When you use kms with kgdboc and you have a video driver
151 that has atomic mode setting hooks, it is possible to enter the debugger
152 on the graphics console. When the kernel execution is resumed, the
153 previous graphics mode will be restored. This integration can serve as a
154 useful tool to aid in diagnosing crashes or doing analysis of memory
155 with kdb while allowing the full graphics console applications to run.
156
157 kgdboc arguments
158 ~~~~~~~~~~~~~~~~
159
160 Usage::
161
162         kgdboc=[kms][[,]kbd][[,]serial_device][,baud]
163
164 The order listed above must be observed if you use any of the optional
165 configurations together.
166
167 Abbreviations:
168
169 -  kms = Kernel Mode Setting
170
171 -  kbd = Keyboard
172
173 You can configure kgdboc to use the keyboard, and/or a serial device
174 depending on if you are using kdb and/or kgdb, in one of the following
175 scenarios. The order listed above must be observed if you use any of the
176 optional configurations together. Using kms + only gdb is generally not
177 a useful combination.
178
179 Using loadable module or built-in
180 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
181
182 1. As a kernel built-in:
183
184    Use the kernel boot argument::
185
186         kgdboc=<tty-device>,[baud]
187
188 2. As a kernel loadable module:
189
190    Use the command::
191
192         modprobe kgdboc kgdboc=<tty-device>,[baud]
193
194    Here are two examples of how you might format the kgdboc string. The
195    first is for an x86 target using the first serial port. The second
196    example is for the ARM Versatile AB using the second serial port.
197
198    1. ``kgdboc=ttyS0,115200``
199
200    2. ``kgdboc=ttyAMA1,115200``
201
202 Configure kgdboc at runtime with sysfs
203 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
204
205 At run time you can enable or disable kgdboc by echoing a parameters
206 into the sysfs. Here are two examples:
207
208 1. Enable kgdboc on ttyS0::
209
210         echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
211
212 2. Disable kgdboc::
213
214         echo "" > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
215
216 .. note::
217
218    You do not need to specify the baud if you are configuring the
219    console on tty which is already configured or open.
220
221 More examples
222 ^^^^^^^^^^^^^
223
224 You can configure kgdboc to use the keyboard, and/or a serial device
225 depending on if you are using kdb and/or kgdb, in one of the following
226 scenarios.
227
228 1. kdb and kgdb over only a serial port::
229
230         kgdboc=<serial_device>[,baud]
231
232    Example::
233
234         kgdboc=ttyS0,115200
235
236 2. kdb and kgdb with keyboard and a serial port::
237
238         kgdboc=kbd,<serial_device>[,baud]
239
240    Example::
241
242         kgdboc=kbd,ttyS0,115200
243
244 3. kdb with a keyboard::
245
246         kgdboc=kbd
247
248 4. kdb with kernel mode setting::
249
250         kgdboc=kms,kbd
251
252 5. kdb with kernel mode setting and kgdb over a serial port::
253
254         kgdboc=kms,kbd,ttyS0,115200
255
256 .. note::
257
258    Kgdboc does not support interrupting the target via the gdb remote
259    protocol. You must manually send a :kbd:`SysRq-G` unless you have a proxy
260    that splits console output to a terminal program. A console proxy has a
261    separate TCP port for the debugger and a separate TCP port for the
262    "human" console. The proxy can take care of sending the :kbd:`SysRq-G`
263    for you.
264
265 When using kgdboc with no debugger proxy, you can end up connecting the
266 debugger at one of two entry points. If an exception occurs after you
267 have loaded kgdboc, a message should print on the console stating it is
268 waiting for the debugger. In this case you disconnect your terminal
269 program and then connect the debugger in its place. If you want to
270 interrupt the target system and forcibly enter a debug session you have
271 to issue a :kbd:`Sysrq` sequence and then type the letter :kbd:`g`. Then you
272 disconnect the terminal session and connect gdb. Your options if you
273 don't like this are to hack gdb to send the :kbd:`SysRq-G` for you as well as
274 on the initial connect, or to use a debugger proxy that allows an
275 unmodified gdb to do the debugging.
276
277 Kernel parameter: ``kgdboc_earlycon``
278 -------------------------------------
279
280 If you specify the kernel parameter ``kgdboc_earlycon`` and your serial
281 driver registers a boot console that supports polling (doesn't need
282 interrupts and implements a nonblocking read() function) kgdb will attempt
283 to work using the boot console until it can transition to the regular
284 tty driver specified by the ``kgdboc`` parameter.
285
286 Normally there is only one boot console (especially that implements the
287 read() function) so just adding ``kgdboc_earlycon`` on its own is
288 sufficient to make this work. If you have more than one boot console you
289 can add the boot console's name to differentiate. Note that names that
290 are registered through the boot console layer and the tty layer are not
291 the same for the same port.
292
293 For instance, on one board to be explicit you might do::
294
295    kgdboc_earlycon=qcom_geni kgdboc=ttyMSM0
296
297 If the only boot console on the device was "qcom_geni", you could simplify::
298
299    kgdboc_earlycon kgdboc=ttyMSM0
300
301 Kernel parameter: ``kgdbwait``
302 ------------------------------
303
304 The Kernel command line option ``kgdbwait`` makes kgdb wait for a
305 debugger connection during booting of a kernel. You can only use this
306 option if you compiled a kgdb I/O driver into the kernel and you
307 specified the I/O driver configuration as a kernel command line option.
308 The kgdbwait parameter should always follow the configuration parameter
309 for the kgdb I/O driver in the kernel command line else the I/O driver
310 will not be configured prior to asking the kernel to use it to wait.
311
312 The kernel will stop and wait as early as the I/O driver and
313 architecture allows when you use this option. If you build the kgdb I/O
314 driver as a loadable kernel module kgdbwait will not do anything.
315
316 Kernel parameter: ``kgdbcon``
317 -----------------------------
318
319 The ``kgdbcon`` feature allows you to see printk() messages inside gdb
320 while gdb is connected to the kernel. Kdb does not make use of the kgdbcon
321 feature.
322
323 Kgdb supports using the gdb serial protocol to send console messages to
324 the debugger when the debugger is connected and running. There are two
325 ways to activate this feature.
326
327 1. Activate with the kernel command line option::
328
329         kgdbcon
330
331 2. Use sysfs before configuring an I/O driver::
332
333         echo 1 > /sys/module/kgdb/parameters/kgdb_use_con
334
335 .. note::
336
337    If you do this after you configure the kgdb I/O driver, the
338    setting will not take effect until the next point the I/O is
339    reconfigured.
340
341 .. important::
342
343    You cannot use kgdboc + kgdbcon on a tty that is an
344    active system console. An example of incorrect usage is::
345
346         console=ttyS0,115200 kgdboc=ttyS0 kgdbcon
347
348 It is possible to use this option with kgdboc on a tty that is not a
349 system console.
350
351 Run time parameter: ``kgdbreboot``
352 ----------------------------------
353
354 The kgdbreboot feature allows you to change how the debugger deals with
355 the reboot notification. You have 3 choices for the behavior. The
356 default behavior is always set to 0.
357
358 .. tabularcolumns:: |p{0.4cm}|p{11.5cm}|p{5.6cm}|
359
360 .. flat-table::
361   :widths: 1 10 8
362
363   * - 1
364     - ``echo -1 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdbreboot``
365     - Ignore the reboot notification entirely.
366
367   * - 2
368     - ``echo 0 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdbreboot``
369     - Send the detach message to any attached debugger client.
370
371   * - 3
372     - ``echo 1 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdbreboot``
373     - Enter the debugger on reboot notify.
374
375 Kernel parameter: ``nokaslr``
376 -----------------------------
377
378 If the architecture that you are using enable KASLR by default,
379 you should consider turning it off.  KASLR randomizes the
380 virtual address where the kernel image is mapped and confuse
381 gdb which resolve kernel symbol address from symbol table
382 of vmlinux.
383
384 Using kdb
385 =========
386
387 Quick start for kdb on a serial port
388 ------------------------------------
389
390 This is a quick example of how to use kdb.
391
392 1. Configure kgdboc at boot using kernel parameters::
393
394         console=ttyS0,115200 kgdboc=ttyS0,115200 nokaslr
395
396    OR
397
398    Configure kgdboc after the kernel has booted; assuming you are using
399    a serial port console::
400
401         echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
402
403 2. Enter the kernel debugger manually or by waiting for an oops or
404    fault. There are several ways you can enter the kernel debugger
405    manually; all involve using the :kbd:`SysRq-G`, which means you must have
406    enabled ``CONFIG_MAGIC_SysRq=y`` in your kernel config.
407
408    -  When logged in as root or with a super user session you can run::
409
410         echo g > /proc/sysrq-trigger
411
412    -  Example using minicom 2.2
413
414       Press: :kbd:`CTRL-A` :kbd:`f` :kbd:`g`
415
416    -  When you have telneted to a terminal server that supports sending
417       a remote break
418
419       Press: :kbd:`CTRL-]`
420
421       Type in: ``send break``
422
423       Press: :kbd:`Enter` :kbd:`g`
424
425 3. From the kdb prompt you can run the ``help`` command to see a complete
426    list of the commands that are available.
427
428    Some useful commands in kdb include:
429
430    =========== =================================================================
431    ``lsmod``   Shows where kernel modules are loaded
432    ``ps``      Displays only the active processes
433    ``ps A``    Shows all the processes
434    ``summary`` Shows kernel version info and memory usage
435    ``bt``      Get a backtrace of the current process using dump_stack()
436    ``dmesg``   View the kernel syslog buffer
437    ``go``      Continue the system
438    =========== =================================================================
439
440 4. When you are done using kdb you need to consider rebooting the system
441    or using the ``go`` command to resuming normal kernel execution. If you
442    have paused the kernel for a lengthy period of time, applications
443    that rely on timely networking or anything to do with real wall clock
444    time could be adversely affected, so you should take this into
445    consideration when using the kernel debugger.
446
447 Quick start for kdb using a keyboard connected console
448 ------------------------------------------------------
449
450 This is a quick example of how to use kdb with a keyboard.
451
452 1. Configure kgdboc at boot using kernel parameters::
453
454         kgdboc=kbd
455
456    OR
457
458    Configure kgdboc after the kernel has booted::
459
460         echo kbd > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
461
462 2. Enter the kernel debugger manually or by waiting for an oops or
463    fault. There are several ways you can enter the kernel debugger
464    manually; all involve using the :kbd:`SysRq-G`, which means you must have
465    enabled ``CONFIG_MAGIC_SysRq=y`` in your kernel config.
466
467    -  When logged in as root or with a super user session you can run::
468
469         echo g > /proc/sysrq-trigger
470
471    -  Example using a laptop keyboard:
472
473       Press and hold down: :kbd:`Alt`
474
475       Press and hold down: :kbd:`Fn`
476
477       Press and release the key with the label: :kbd:`SysRq`
478
479       Release: :kbd:`Fn`
480
481       Press and release: :kbd:`g`
482
483       Release: :kbd:`Alt`
484
485    -  Example using a PS/2 101-key keyboard
486
487       Press and hold down: :kbd:`Alt`
488
489       Press and release the key with the label: :kbd:`SysRq`
490
491       Press and release: :kbd:`g`
492
493       Release: :kbd:`Alt`
494
495 3. Now type in a kdb command such as ``help``, ``dmesg``, ``bt`` or ``go`` to
496    continue kernel execution.
497
498 Using kgdb / gdb
499 ================
500
501 In order to use kgdb you must activate it by passing configuration
502 information to one of the kgdb I/O drivers. If you do not pass any
503 configuration information kgdb will not do anything at all. Kgdb will
504 only actively hook up to the kernel trap hooks if a kgdb I/O driver is
505 loaded and configured. If you unconfigure a kgdb I/O driver, kgdb will
506 unregister all the kernel hook points.
507
508 All kgdb I/O drivers can be reconfigured at run time, if
509 ``CONFIG_SYSFS`` and ``CONFIG_MODULES`` are enabled, by echo'ing a new
510 config string to ``/sys/module/<driver>/parameter/<option>``. The driver
511 can be unconfigured by passing an empty string. You cannot change the
512 configuration while the debugger is attached. Make sure to detach the
513 debugger with the ``detach`` command prior to trying to unconfigure a
514 kgdb I/O driver.
515
516 Connecting with gdb to a serial port
517 ------------------------------------
518
519 1. Configure kgdboc
520
521    Configure kgdboc at boot using kernel parameters::
522
523         kgdboc=ttyS0,115200
524
525    OR
526
527    Configure kgdboc after the kernel has booted::
528
529         echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
530
531 2. Stop kernel execution (break into the debugger)
532
533    In order to connect to gdb via kgdboc, the kernel must first be
534    stopped. There are several ways to stop the kernel which include
535    using kgdbwait as a boot argument, via a :kbd:`SysRq-G`, or running the
536    kernel until it takes an exception where it waits for the debugger to
537    attach.
538
539    -  When logged in as root or with a super user session you can run::
540
541         echo g > /proc/sysrq-trigger
542
543    -  Example using minicom 2.2
544
545       Press: :kbd:`CTRL-A` :kbd:`f` :kbd:`g`
546
547    -  When you have telneted to a terminal server that supports sending
548       a remote break
549
550       Press: :kbd:`CTRL-]`
551
552       Type in: ``send break``
553
554       Press: :kbd:`Enter` :kbd:`g`
555
556 3. Connect from gdb
557
558    Example (using a directly connected port)::
559
560            % gdb ./vmlinux
561            (gdb) set remotebaud 115200
562            (gdb) target remote /dev/ttyS0
563
564
565    Example (kgdb to a terminal server on TCP port 2012)::
566
567            % gdb ./vmlinux
568            (gdb) target remote 192.168.2.2:2012
569
570
571    Once connected, you can debug a kernel the way you would debug an
572    application program.
573
574    If you are having problems connecting or something is going seriously
575    wrong while debugging, it will most often be the case that you want
576    to enable gdb to be verbose about its target communications. You do
577    this prior to issuing the ``target remote`` command by typing in::
578
579         set debug remote 1
580
581 Remember if you continue in gdb, and need to "break in" again, you need
582 to issue an other :kbd:`SysRq-G`. It is easy to create a simple entry point by
583 putting a breakpoint at ``sys_sync`` and then you can run ``sync`` from a
584 shell or script to break into the debugger.
585
586 kgdb and kdb interoperability
587 =============================
588
589 It is possible to transition between kdb and kgdb dynamically. The debug
590 core will remember which you used the last time and automatically start
591 in the same mode.
592
593 Switching between kdb and kgdb
594 ------------------------------
595
596 Switching from kgdb to kdb
597 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
598
599 There are two ways to switch from kgdb to kdb: you can use gdb to issue
600 a maintenance packet, or you can blindly type the command ``$3#33``.
601 Whenever the kernel debugger stops in kgdb mode it will print the
602 message ``KGDB or $3#33 for KDB``. It is important to note that you have
603 to type the sequence correctly in one pass. You cannot type a backspace
604 or delete because kgdb will interpret that as part of the debug stream.
605
606 1. Change from kgdb to kdb by blindly typing::
607
608         $3#33
609
610 2. Change from kgdb to kdb with gdb::
611
612         maintenance packet 3
613
614    .. note::
615
616      Now you must kill gdb. Typically you press :kbd:`CTRL-Z` and issue
617      the command::
618
619         kill -9 %
620
621 Change from kdb to kgdb
622 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
623
624 There are two ways you can change from kdb to kgdb. You can manually
625 enter kgdb mode by issuing the kgdb command from the kdb shell prompt,
626 or you can connect gdb while the kdb shell prompt is active. The kdb
627 shell looks for the typical first commands that gdb would issue with the
628 gdb remote protocol and if it sees one of those commands it
629 automatically changes into kgdb mode.
630
631 1. From kdb issue the command::
632
633         kgdb
634
635    Now disconnect your terminal program and connect gdb in its place
636
637 2. At the kdb prompt, disconnect the terminal program and connect gdb in
638    its place.
639
640 Running kdb commands from gdb
641 -----------------------------
642
643 It is possible to run a limited set of kdb commands from gdb, using the
644 gdb monitor command. You don't want to execute any of the run control or
645 breakpoint operations, because it can disrupt the state of the kernel
646 debugger. You should be using gdb for breakpoints and run control
647 operations if you have gdb connected. The more useful commands to run
648 are things like lsmod, dmesg, ps or possibly some of the memory
649 information commands. To see all the kdb commands you can run
650 ``monitor help``.
651
652 Example::
653
654     (gdb) monitor ps
655     1 idle process (state I) and
656     27 sleeping system daemon (state M) processes suppressed,
657     use 'ps A' to see all.
658     Task Addr       Pid   Parent [*] cpu State Thread     Command
659
660     0xc78291d0        1        0  0    0   S  0xc7829404  init
661     0xc7954150      942        1  0    0   S  0xc7954384  dropbear
662     0xc78789c0      944        1  0    0   S  0xc7878bf4  sh
663     (gdb)
664
665 kgdb Test Suite
666 ===============
667
668 When kgdb is enabled in the kernel config you can also elect to enable
669 the config parameter ``KGDB_TESTS``. Turning this on will enable a special
670 kgdb I/O module which is designed to test the kgdb internal functions.
671
672 The kgdb tests are mainly intended for developers to test the kgdb
673 internals as well as a tool for developing a new kgdb architecture
674 specific implementation. These tests are not really for end users of the
675 Linux kernel. The primary source of documentation would be to look in
676 the ``drivers/misc/kgdbts.c`` file.
677
678 The kgdb test suite can also be configured at compile time to run the
679 core set of tests by setting the kernel config parameter
680 ``KGDB_TESTS_ON_BOOT``. This particular option is aimed at automated
681 regression testing and does not require modifying the kernel boot config
682 arguments. If this is turned on, the kgdb test suite can be disabled by
683 specifying ``kgdbts=`` as a kernel boot argument.
684
685 Kernel Debugger Internals
686 =========================
687
688 Architecture Specifics
689 ----------------------
690
691 The kernel debugger is organized into a number of components:
692
693 1. The debug core
694
695    The debug core is found in ``kernel/debugger/debug_core.c``. It
696    contains:
697
698    -  A generic OS exception handler which includes sync'ing the
699       processors into a stopped state on an multi-CPU system.
700
701    -  The API to talk to the kgdb I/O drivers
702
703    -  The API to make calls to the arch-specific kgdb implementation
704
705    -  The logic to perform safe memory reads and writes to memory while
706       using the debugger
707
708    -  A full implementation for software breakpoints unless overridden
709       by the arch
710
711    -  The API to invoke either the kdb or kgdb frontend to the debug
712       core.
713
714    -  The structures and callback API for atomic kernel mode setting.
715
716       .. note:: kgdboc is where the kms callbacks are invoked.
717
718 2. kgdb arch-specific implementation
719
720    This implementation is generally found in ``arch/*/kernel/kgdb.c``. As
721    an example, ``arch/x86/kernel/kgdb.c`` contains the specifics to
722    implement HW breakpoint as well as the initialization to dynamically
723    register and unregister for the trap handlers on this architecture.
724    The arch-specific portion implements:
725
726    -  contains an arch-specific trap catcher which invokes
727       kgdb_handle_exception() to start kgdb about doing its work
728
729    -  translation to and from gdb specific packet format to struct pt_regs
730
731    -  Registration and unregistration of architecture specific trap
732       hooks
733
734    -  Any special exception handling and cleanup
735
736    -  NMI exception handling and cleanup
737
738    -  (optional) HW breakpoints
739
740 3. gdbstub frontend (aka kgdb)
741
742    The gdbstub is located in ``kernel/debug/gdbstub.c``. It contains:
743
744    -  All the logic to implement the gdb serial protocol
745
746 4. kdb frontend
747
748    The kdb debugger shell is broken down into a number of components.
749    The kdb core is located in kernel/debug/kdb. There are a number of
750    helper functions in some of the other kernel components to make it
751    possible for kdb to examine and report information about the kernel
752    without taking locks that could cause a kernel deadlock. The kdb core
753    contains implements the following functionality.
754
755    -  A simple shell
756
757    -  The kdb core command set
758
759    -  A registration API to register additional kdb shell commands.
760
761       -  A good example of a self-contained kdb module is the ``ftdump``
762          command for dumping the ftrace buffer. See:
763          ``kernel/trace/trace_kdb.c``
764
765       -  For an example of how to dynamically register a new kdb command
766          you can build the kdb_hello.ko kernel module from
767          ``samples/kdb/kdb_hello.c``. To build this example you can set
768          ``CONFIG_SAMPLES=y`` and ``CONFIG_SAMPLE_KDB=m`` in your kernel
769          config. Later run ``modprobe kdb_hello`` and the next time you
770          enter the kdb shell, you can run the ``hello`` command.
771
772    -  The implementation for kdb_printf() which emits messages directly
773       to I/O drivers, bypassing the kernel log.
774
775    -  SW / HW breakpoint management for the kdb shell
776
777 5. kgdb I/O driver
778
779    Each kgdb I/O driver has to provide an implementation for the
780    following:
781
782    -  configuration via built-in or module
783
784    -  dynamic configuration and kgdb hook registration calls
785
786    -  read and write character interface
787
788    -  A cleanup handler for unconfiguring from the kgdb core
789
790    -  (optional) Early debug methodology
791
792    Any given kgdb I/O driver has to operate very closely with the
793    hardware and must do it in such a way that does not enable interrupts
794    or change other parts of the system context without completely
795    restoring them. The kgdb core will repeatedly "poll" a kgdb I/O
796    driver for characters when it needs input. The I/O driver is expected
797    to return immediately if there is no data available. Doing so allows
798    for the future possibility to touch watchdog hardware in such a way
799    as to have a target system not reset when these are enabled.
800
801 If you are intent on adding kgdb architecture specific support for a new
802 architecture, the architecture should define ``HAVE_ARCH_KGDB`` in the
803 architecture specific Kconfig file. This will enable kgdb for the
804 architecture, and at that point you must create an architecture specific
805 kgdb implementation.
806
807 There are a few flags which must be set on every architecture in their
808 ``asm/kgdb.h`` file. These are:
809
810 -  ``NUMREGBYTES``:
811      The size in bytes of all of the registers, so that we
812      can ensure they will all fit into a packet.
813
814 -  ``BUFMAX``:
815      The size in bytes of the buffer GDB will read into. This must
816      be larger than NUMREGBYTES.
817
818 -  ``CACHE_FLUSH_IS_SAFE``:
819      Set to 1 if it is always safe to call
820      flush_cache_range or flush_icache_range. On some architectures,
821      these functions may not be safe to call on SMP since we keep other
822      CPUs in a holding pattern.
823
824 There are also the following functions for the common backend, found in
825 ``kernel/kgdb.c``, that must be supplied by the architecture-specific
826 backend unless marked as (optional), in which case a default function
827 maybe used if the architecture does not need to provide a specific
828 implementation.
829
830 .. kernel-doc:: include/linux/kgdb.h
831    :internal:
832
833 kgdboc internals
834 ----------------
835
836 kgdboc and uarts
837 ~~~~~~~~~~~~~~~~
838
839 The kgdboc driver is actually a very thin driver that relies on the
840 underlying low level to the hardware driver having "polling hooks" to
841 which the tty driver is attached. In the initial implementation of
842 kgdboc the serial_core was changed to expose a low level UART hook for
843 doing polled mode reading and writing of a single character while in an
844 atomic context. When kgdb makes an I/O request to the debugger, kgdboc
845 invokes a callback in the serial core which in turn uses the callback in
846 the UART driver.
847
848 When using kgdboc with a UART, the UART driver must implement two
849 callbacks in the struct uart_ops.
850 Example from ``drivers/8250.c``::
851
852
853     #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
854         .poll_get_char = serial8250_get_poll_char,
855         .poll_put_char = serial8250_put_poll_char,
856     #endif
857
858
859 Any implementation specifics around creating a polling driver use the
860 ``#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL``, as shown above. Keep in mind that
861 polling hooks have to be implemented in such a way that they can be
862 called from an atomic context and have to restore the state of the UART
863 chip on return such that the system can return to normal when the
864 debugger detaches. You need to be very careful with any kind of lock you
865 consider, because failing here is most likely going to mean pressing the
866 reset button.
867
868 kgdboc and keyboards
869 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
870
871 The kgdboc driver contains logic to configure communications with an
872 attached keyboard. The keyboard infrastructure is only compiled into the
873 kernel when ``CONFIG_KDB_KEYBOARD=y`` is set in the kernel configuration.
874
875 The core polled keyboard driver for PS/2 type keyboards is in
876 ``drivers/char/kdb_keyboard.c``. This driver is hooked into the debug core
877 when kgdboc populates the callback in the array called
878 :c:expr:`kdb_poll_funcs[]`. The kdb_get_kbd_char() is the top-level
879 function which polls hardware for single character input.
880
881 kgdboc and kms
882 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
883
884 The kgdboc driver contains logic to request the graphics display to
885 switch to a text context when you are using ``kgdboc=kms,kbd``, provided
886 that you have a video driver which has a frame buffer console and atomic
887 kernel mode setting support.
888
889 Every time the kernel debugger is entered it calls
890 kgdboc_pre_exp_handler() which in turn calls con_debug_enter()
891 in the virtual console layer. On resuming kernel execution, the kernel
892 debugger calls kgdboc_post_exp_handler() which in turn calls
893 con_debug_leave().
894
895 Any video driver that wants to be compatible with the kernel debugger
896 and the atomic kms callbacks must implement the ``mode_set_base_atomic``,
897 ``fb_debug_enter`` and ``fb_debug_leave operations``. For the
898 ``fb_debug_enter`` and ``fb_debug_leave`` the option exists to use the
899 generic drm fb helper functions or implement something custom for the
900 hardware. The following example shows the initialization of the
901 .mode_set_base_atomic operation in
902 drivers/gpu/drm/i915/intel_display.c::
903
904
905     static const struct drm_crtc_helper_funcs intel_helper_funcs = {
906     [...]
907             .mode_set_base_atomic = intel_pipe_set_base_atomic,
908     [...]
909     };
910
911
912 Here is an example of how the i915 driver initializes the
913 fb_debug_enter and fb_debug_leave functions to use the generic drm
914 helpers in ``drivers/gpu/drm/i915/intel_fb.c``::
915
916
917     static struct fb_ops intelfb_ops = {
918     [...]
919            .fb_debug_enter = drm_fb_helper_debug_enter,
920            .fb_debug_leave = drm_fb_helper_debug_leave,
921     [...]
922     };
923
924
925 Credits
926 =======
927
928 The following people have contributed to this document:
929
930 1. Amit Kale <amitkale@linsyssoft.com>
931
932 2. Tom Rini <trini@kernel.crashing.org>
933
934 In March 2008 this document was completely rewritten by:
935
936 -  Jason Wessel <jason.wessel@windriver.com>
937
938 In Jan 2010 this document was updated to include kdb.
939
940 -  Jason Wessel <jason.wessel@windriver.com>