Merge tag 'trace-printf-v6.13' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/trace...
[drm/drm-misc.git] / Documentation / dev-tools / kgdb.rst
blobcb626a7a000c41bef5a219207b1e9990e534a937
1 =================================================
2 Using kgdb, kdb and the kernel debugger internals
3 =================================================
5 :Author: Jason Wessel
7 Introduction
8 ============
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.
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``.
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.
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.
43 Compiling a kernel
44 ==================
46 -  In order to enable compilation of kdb, you must first enable kgdb.
48 -  The kgdb test compile options are described in the kgdb test suite
49    chapter.
51 Kernel config options for kgdb
52 ------------------------------
54 To enable ``CONFIG_KGDB`` you should look under
55 :menuselection:`Kernel hacking --> Kernel debugging` and select
56 :menuselection:`KGDB: kernel debugger`.
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.
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 into the compiled executable which saves the frame information in registers
67 or on the stack at different points which allows a debugger such as gdb to
68 more accurately construct stack back traces while debugging the kernel.
70 If the architecture that you are using supports the kernel option
71 ``CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX``, you should consider turning it off. This
72 option will prevent the use of software breakpoints because it marks
73 certain regions of the kernel's memory space as read-only. If kgdb
74 supports it for the architecture you are using, you can use hardware
75 breakpoints if you desire to run with the ``CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX``
76 option turned on, else you need to turn off this option.
78 Next you should choose one or more I/O drivers to interconnect the debugging
79 host and debugged target. Early boot debugging requires a KGDB I/O
80 driver that supports early debugging and the driver must be built into
81 the kernel directly. Kgdb I/O driver configuration takes place via
82 kernel or module parameters which you can learn more about in the
83 section that describes the parameter kgdboc.
85 Here is an example set of ``.config`` symbols to enable or disable for kgdb::
87   # CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX is not set
88   CONFIG_FRAME_POINTER=y
89   CONFIG_KGDB=y
90   CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
92 Kernel config options for kdb
93 -----------------------------
95 Kdb is quite a bit more complex than the simple gdbstub sitting on top
96 of the kernel's debug core. Kdb must implement a shell, and also adds
97 some helper functions in other parts of the kernel, responsible for
98 printing out interesting data such as what you would see if you ran
99 ``lsmod``, or ``ps``. In order to build kdb into the kernel you follow the
100 same steps as you would for kgdb.
102 The main config option for kdb is ``CONFIG_KGDB_KDB`` which is called
103 :menuselection:`KGDB_KDB: include kdb frontend for kgdb` in the config menu.
104 In theory you would have already also selected an I/O driver such as the
105 ``CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE`` interface if you plan on using kdb on a
106 serial port, when you were configuring kgdb.
108 If you want to use a PS/2-style keyboard with kdb, you would select
109 ``CONFIG_KDB_KEYBOARD`` which is called :menuselection:`KGDB_KDB: keyboard as
110 input device` in the config menu. The ``CONFIG_KDB_KEYBOARD`` option is not
111 used for anything in the gdb interface to kgdb. The ``CONFIG_KDB_KEYBOARD``
112 option only works with kdb.
114 Here is an example set of ``.config`` symbols to enable/disable kdb::
116   # CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX is not set
117   CONFIG_FRAME_POINTER=y
118   CONFIG_KGDB=y
119   CONFIG_KGDB_SERIAL_CONSOLE=y
120   CONFIG_KGDB_KDB=y
121   CONFIG_KDB_KEYBOARD=y
123 Kernel Debugger Boot Arguments
124 ==============================
126 This section describes the various runtime kernel parameters that affect
127 the configuration of the kernel debugger. The following chapter covers
128 using kdb and kgdb as well as providing some examples of the
129 configuration parameters.
131 Kernel parameter: kgdboc
132 ------------------------
134 The kgdboc driver was originally an abbreviation meant to stand for
135 "kgdb over console". Today it is the primary mechanism to configure how
136 to communicate from gdb to kgdb as well as the devices you want to use
137 to interact with the kdb shell.
139 For kgdb/gdb, kgdboc is designed to work with a single serial port. It
140 is intended to cover the circumstance where you want to use a serial
141 console as your primary console as well as using it to perform kernel
142 debugging. It is also possible to use kgdb on a serial port which is not
143 designated as a system console. Kgdboc may be configured as a kernel
144 built-in or a kernel loadable module. You can only make use of
145 ``kgdbwait`` and early debugging if you build kgdboc into the kernel as
146 a built-in.
148 Optionally you can elect to activate kms (Kernel Mode Setting)
149 integration. When you use kms with kgdboc and you have a video driver
150 that has atomic mode setting hooks, it is possible to enter the debugger
151 on the graphics console. When the kernel execution is resumed, the
152 previous graphics mode will be restored. This integration can serve as a
153 useful tool to aid in diagnosing crashes or doing analysis of memory
154 with kdb while allowing the full graphics console applications to run.
156 kgdboc arguments
157 ~~~~~~~~~~~~~~~~
159 Usage::
161         kgdboc=[kms][[,]kbd][[,]serial_device][,baud]
163 The order listed above must be observed if you use any of the optional
164 configurations together.
166 Abbreviations:
168 -  kms = Kernel Mode Setting
170 -  kbd = Keyboard
172 You can configure kgdboc to use the keyboard, and/or a serial device
173 depending on if you are using kdb and/or kgdb, in one of the following
174 scenarios. The order listed above must be observed if you use any of the
175 optional configurations together. Using kms + only gdb is generally not
176 a useful combination.
178 Using loadable module or built-in
179 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
181 1. As a kernel built-in:
183    Use the kernel boot argument::
185         kgdboc=<tty-device>,[baud]
187 2. As a kernel loadable module:
189    Use the command::
191         modprobe kgdboc kgdboc=<tty-device>,[baud]
193    Here are two examples of how you might format the kgdboc string. The
194    first is for an x86 target using the first serial port. The second
195    example is for the ARM Versatile AB using the second serial port.
197    1. ``kgdboc=ttyS0,115200``
199    2. ``kgdboc=ttyAMA1,115200``
201 Configure kgdboc at runtime with sysfs
202 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
204 At run time you can enable or disable kgdboc by writing parameters
205 into sysfs. Here are two examples:
207 1. Enable kgdboc on ttyS0::
209         echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
211 2. Disable kgdboc::
213         echo "" > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
215 .. note::
217    You do not need to specify the baud if you are configuring the
218    console on tty which is already configured or open.
220 More examples
221 ^^^^^^^^^^^^^
223 You can configure kgdboc to use the keyboard, and/or a serial device
224 depending on if you are using kdb and/or kgdb, in one of the following
225 scenarios.
227 1. kdb and kgdb over only a serial port::
229         kgdboc=<serial_device>[,baud]
231    Example::
233         kgdboc=ttyS0,115200
235 2. kdb and kgdb with keyboard and a serial port::
237         kgdboc=kbd,<serial_device>[,baud]
239    Example::
241         kgdboc=kbd,ttyS0,115200
243 3. kdb with a keyboard::
245         kgdboc=kbd
247 4. kdb with kernel mode setting::
249         kgdboc=kms,kbd
251 5. kdb with kernel mode setting and kgdb over a serial port::
253         kgdboc=kms,kbd,ttyS0,115200
255 .. note::
257    Kgdboc does not support interrupting the target via the gdb remote
258    protocol. You must manually send a :kbd:`SysRq-G` unless you have a proxy
259    that splits console output to a terminal program. A console proxy has a
260    separate TCP port for the debugger and a separate TCP port for the
261    "human" console. The proxy can take care of sending the :kbd:`SysRq-G`
262    for you.
264 When using kgdboc with no debugger proxy, you can end up connecting the
265 debugger at one of two entry points. If an exception occurs after you
266 have loaded kgdboc, a message should print on the console stating it is
267 waiting for the debugger. In this case you disconnect your terminal
268 program and then connect the debugger in its place. If you want to
269 interrupt the target system and forcibly enter a debug session you have
270 to issue a :kbd:`Sysrq` sequence and then type the letter :kbd:`g`. Then you
271 disconnect the terminal session and connect gdb. Your options if you
272 don't like this are to hack gdb to send the :kbd:`SysRq-G` for you as well as
273 on the initial connect, or to use a debugger proxy that allows an
274 unmodified gdb to do the debugging.
276 Kernel parameter: ``kgdboc_earlycon``
277 -------------------------------------
279 If you specify the kernel parameter ``kgdboc_earlycon`` and your serial
280 driver registers a boot console that supports polling (doesn't need
281 interrupts and implements a nonblocking read() function) kgdb will attempt
282 to work using the boot console until it can transition to the regular
283 tty driver specified by the ``kgdboc`` parameter.
285 Normally there is only one boot console (especially that implements the
286 read() function) so just adding ``kgdboc_earlycon`` on its own is
287 sufficient to make this work. If you have more than one boot console you
288 can add the boot console's name to differentiate. Note that names that
289 are registered through the boot console layer and the tty layer are not
290 the same for the same port.
292 For instance, on one board to be explicit you might do::
294    kgdboc_earlycon=qcom_geni kgdboc=ttyMSM0
296 If the only boot console on the device was "qcom_geni", you could simplify::
298    kgdboc_earlycon kgdboc=ttyMSM0
300 Kernel parameter: ``kgdbwait``
301 ------------------------------
303 The Kernel command line option ``kgdbwait`` makes kgdb wait for a
304 debugger connection during booting of a kernel. You can only use this
305 option if you compiled a kgdb I/O driver into the kernel and you
306 specified the I/O driver configuration as a kernel command line option.
307 The kgdbwait parameter should always follow the configuration parameter
308 for the kgdb I/O driver in the kernel command line else the I/O driver
309 will not be configured prior to asking the kernel to use it to wait.
311 The kernel will stop and wait as early as the I/O driver and
312 architecture allows when you use this option. If you build the kgdb I/O
313 driver as a loadable kernel module kgdbwait will not do anything.
315 Kernel parameter: ``kgdbcon``
316 -----------------------------
318 The ``kgdbcon`` feature allows you to see printk() messages inside gdb
319 while gdb is connected to the kernel. Kdb does not make use of the kgdbcon
320 feature.
322 Kgdb supports using the gdb serial protocol to send console messages to
323 the debugger when the debugger is connected and running. There are two
324 ways to activate this feature.
326 1. Activate with the kernel command line option::
328         kgdbcon
330 2. Use sysfs before configuring an I/O driver::
332         echo 1 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdb_use_con
334 .. note::
336    If you do this after you configure the kgdb I/O driver, the
337    setting will not take effect until the next point the I/O is
338    reconfigured.
340 .. important::
342    You cannot use kgdboc + kgdbcon on a tty that is an
343    active system console. An example of incorrect usage is::
345         console=ttyS0,115200 kgdboc=ttyS0 kgdbcon
347 It is possible to use this option with kgdboc on a tty that is not a
348 system console.
350 Run time parameter: ``kgdbreboot``
351 ----------------------------------
353 The kgdbreboot feature allows you to change how the debugger deals with
354 the reboot notification. You have 3 choices for the behavior. The
355 default behavior is always set to 0.
357 .. tabularcolumns:: |p{0.4cm}|p{11.5cm}|p{5.6cm}|
359 .. flat-table::
360   :widths: 1 10 8
362   * - 1
363     - ``echo -1 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdbreboot``
364     - Ignore the reboot notification entirely.
366   * - 2
367     - ``echo 0 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdbreboot``
368     - Send the detach message to any attached debugger client.
370   * - 3
371     - ``echo 1 > /sys/module/debug_core/parameters/kgdbreboot``
372     - Enter the debugger on reboot notify.
374 Kernel parameter: ``nokaslr``
375 -----------------------------
377 If the architecture that you are using enables KASLR by default,
378 you should consider turning it off.  KASLR randomizes the
379 virtual address where the kernel image is mapped and confuses
380 gdb which resolves addresses of kernel symbols from the symbol table
381 of vmlinux.
383 Using kdb
384 =========
386 Quick start for kdb on a serial port
387 ------------------------------------
389 This is a quick example of how to use kdb.
391 1. Configure kgdboc at boot using kernel parameters::
393         console=ttyS0,115200 kgdboc=ttyS0,115200 nokaslr
395    OR
397    Configure kgdboc after the kernel has booted; assuming you are using
398    a serial port console::
400         echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
402 2. Enter the kernel debugger manually or by waiting for an oops or
403    fault. There are several ways you can enter the kernel debugger
404    manually; all involve using the :kbd:`SysRq-G`, which means you must have
405    enabled ``CONFIG_MAGIC_SYSRQ=y`` in your kernel config.
407    -  When logged in as root or with a super user session you can run::
409         echo g > /proc/sysrq-trigger
411    -  Example using minicom 2.2
413       Press: :kbd:`CTRL-A` :kbd:`f` :kbd:`g`
415    -  When you have telneted to a terminal server that supports sending
416       a remote break
418       Press: :kbd:`CTRL-]`
420       Type in: ``send break``
422       Press: :kbd:`Enter` :kbd:`g`
424 3. From the kdb prompt you can run the ``help`` command to see a complete
425    list of the commands that are available.
427    Some useful commands in kdb include:
429    =========== =================================================================
430    ``lsmod``   Shows where kernel modules are loaded
431    ``ps``      Displays only the active processes
432    ``ps A``    Shows all the processes
433    ``summary`` Shows kernel version info and memory usage
434    ``bt``      Get a backtrace of the current process using dump_stack()
435    ``dmesg``   View the kernel syslog buffer
436    ``go``      Continue the system
437    =========== =================================================================
439 4. When you are done using kdb you need to consider rebooting the system
440    or using the ``go`` command to resuming normal kernel execution. If you
441    have paused the kernel for a lengthy period of time, applications
442    that rely on timely networking or anything to do with real wall clock
443    time could be adversely affected, so you should take this into
444    consideration when using the kernel debugger.
446 Quick start for kdb using a keyboard connected console
447 ------------------------------------------------------
449 This is a quick example of how to use kdb with a keyboard.
451 1. Configure kgdboc at boot using kernel parameters::
453         kgdboc=kbd
455    OR
457    Configure kgdboc after the kernel has booted::
459         echo kbd > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
461 2. Enter the kernel debugger manually or by waiting for an oops or
462    fault. There are several ways you can enter the kernel debugger
463    manually; all involve using the :kbd:`SysRq-G`, which means you must have
464    enabled ``CONFIG_MAGIC_SYSRQ=y`` in your kernel config.
466    -  When logged in as root or with a super user session you can run::
468         echo g > /proc/sysrq-trigger
470    -  Example using a laptop keyboard:
472       Press and hold down: :kbd:`Alt`
474       Press and hold down: :kbd:`Fn`
476       Press and release the key with the label: :kbd:`SysRq`
478       Release: :kbd:`Fn`
480       Press and release: :kbd:`g`
482       Release: :kbd:`Alt`
484    -  Example using a PS/2 101-key keyboard
486       Press and hold down: :kbd:`Alt`
488       Press and release the key with the label: :kbd:`SysRq`
490       Press and release: :kbd:`g`
492       Release: :kbd:`Alt`
494 3. Now type in a kdb command such as ``help``, ``dmesg``, ``bt`` or ``go`` to
495    continue kernel execution.
497 Using kgdb / gdb
498 ================
500 In order to use kgdb you must activate it by passing configuration
501 information to one of the kgdb I/O drivers. If you do not pass any
502 configuration information kgdb will not do anything at all. Kgdb will
503 only actively hook up to the kernel trap hooks if a kgdb I/O driver is
504 loaded and configured. If you unconfigure a kgdb I/O driver, kgdb will
505 unregister all the kernel hook points.
507 All kgdb I/O drivers can be reconfigured at run time, if
508 ``CONFIG_SYSFS`` and ``CONFIG_MODULES`` are enabled, by echo'ing a new
509 config string to ``/sys/module/<driver>/parameter/<option>``. The driver
510 can be unconfigured by passing an empty string. You cannot change the
511 configuration while the debugger is attached. Make sure to detach the
512 debugger with the ``detach`` command prior to trying to unconfigure a
513 kgdb I/O driver.
515 Connecting with gdb to a serial port
516 ------------------------------------
518 1. Configure kgdboc
520    Configure kgdboc at boot using kernel parameters::
522         kgdboc=ttyS0,115200
524    OR
526    Configure kgdboc after the kernel has booted::
528         echo ttyS0 > /sys/module/kgdboc/parameters/kgdboc
530 2. Stop kernel execution (break into the debugger)
532    In order to connect to gdb via kgdboc, the kernel must first be
533    stopped. There are several ways to stop the kernel which include
534    using kgdbwait as a boot argument, via a :kbd:`SysRq-G`, or running the
535    kernel until it takes an exception where it waits for the debugger to
536    attach.
538    -  When logged in as root or with a super user session you can run::
540         echo g > /proc/sysrq-trigger
542    -  Example using minicom 2.2
544       Press: :kbd:`CTRL-A` :kbd:`f` :kbd:`g`
546    -  When you have telneted to a terminal server that supports sending
547       a remote break
549       Press: :kbd:`CTRL-]`
551       Type in: ``send break``
553       Press: :kbd:`Enter` :kbd:`g`
555 3. Connect from gdb
557    Example (using a directly connected port)::
559            % gdb ./vmlinux
560            (gdb) set serial baud 115200
561            (gdb) target remote /dev/ttyS0
564    Example (kgdb to a terminal server on TCP port 2012)::
566            % gdb ./vmlinux
567            (gdb) target remote 192.168.2.2:2012
570    Once connected, you can debug a kernel the way you would debug an
571    application program.
573    If you are having problems connecting or something is going seriously
574    wrong while debugging, it will most often be the case that you want
575    to enable gdb to be verbose about its target communications. You do
576    this prior to issuing the ``target remote`` command by typing in::
578         set debug remote 1
580 Remember if you continue in gdb, and need to "break in" again, you need
581 to issue an other :kbd:`SysRq-G`. It is easy to create a simple entry point by
582 putting a breakpoint at ``sys_sync`` and then you can run ``sync`` from a
583 shell or script to break into the debugger.
585 kgdb and kdb interoperability
586 =============================
588 It is possible to transition between kdb and kgdb dynamically. The debug
589 core will remember which you used the last time and automatically start
590 in the same mode.
592 Switching between kdb and kgdb
593 ------------------------------
595 Switching from kgdb to kdb
596 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
598 There are two ways to switch from kgdb to kdb: you can use gdb to issue
599 a maintenance packet, or you can blindly type the command ``$3#33``.
600 Whenever the kernel debugger stops in kgdb mode it will print the
601 message ``KGDB or $3#33 for KDB``. It is important to note that you have
602 to type the sequence correctly in one pass. You cannot type a backspace
603 or delete because kgdb will interpret that as part of the debug stream.
605 1. Change from kgdb to kdb by blindly typing::
607         $3#33
609 2. Change from kgdb to kdb with gdb::
611         maintenance packet 3
613    .. note::
615      Now you must kill gdb. Typically you press :kbd:`CTRL-Z` and issue
616      the command::
618         kill -9 %
620 Change from kdb to kgdb
621 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
623 There are two ways you can change from kdb to kgdb. You can manually
624 enter kgdb mode by issuing the kgdb command from the kdb shell prompt,
625 or you can connect gdb while the kdb shell prompt is active. The kdb
626 shell looks for the typical first commands that gdb would issue with the
627 gdb remote protocol and if it sees one of those commands it
628 automatically changes into kgdb mode.
630 1. From kdb issue the command::
632         kgdb
634 2. At the kdb prompt, disconnect the terminal program and connect gdb in
635    its place.
637 Running kdb commands from gdb
638 -----------------------------
640 It is possible to run a limited set of kdb commands from gdb, using the
641 gdb monitor command. You don't want to execute any of the run control or
642 breakpoint operations, because it can disrupt the state of the kernel
643 debugger. You should be using gdb for breakpoints and run control
644 operations if you have gdb connected. The more useful commands to run
645 are things like lsmod, dmesg, ps or possibly some of the memory
646 information commands. To see all the kdb commands you can run
647 ``monitor help``.
649 Example::
651     (gdb) monitor ps
652     1 idle process (state I) and
653     27 sleeping system daemon (state M) processes suppressed,
654     use 'ps A' to see all.
655     Task Addr       Pid   Parent [*] cpu State Thread     Command
657     0xc78291d0        1        0  0    0   S  0xc7829404  init
658     0xc7954150      942        1  0    0   S  0xc7954384  dropbear
659     0xc78789c0      944        1  0    0   S  0xc7878bf4  sh
660     (gdb)
662 kgdb Test Suite
663 ===============
665 When kgdb is enabled in the kernel config you can also elect to enable
666 the config parameter ``KGDB_TESTS``. Turning this on will enable a special
667 kgdb I/O module which is designed to test the kgdb internal functions.
669 The kgdb tests are mainly intended for developers to test the kgdb
670 internals as well as a tool for developing a new kgdb architecture
671 specific implementation. These tests are not really for end users of the
672 Linux kernel. The primary source of documentation would be to look in
673 the ``drivers/misc/kgdbts.c`` file.
675 The kgdb test suite can also be configured at compile time to run the
676 core set of tests by setting the kernel config parameter
677 ``KGDB_TESTS_ON_BOOT``. This particular option is aimed at automated
678 regression testing and does not require modifying the kernel boot config
679 arguments. If this is turned on, the kgdb test suite can be disabled by
680 specifying ``kgdbts=`` as a kernel boot argument.
682 Kernel Debugger Internals
683 =========================
685 Architecture Specifics
686 ----------------------
688 The kernel debugger is organized into a number of components:
690 1. The debug core
692    The debug core is found in ``kernel/debugger/debug_core.c``. It
693    contains:
695    -  A generic OS exception handler which includes sync'ing the
696       processors into a stopped state on an multi-CPU system.
698    -  The API to talk to the kgdb I/O drivers
700    -  The API to make calls to the arch-specific kgdb implementation
702    -  The logic to perform safe memory reads and writes to memory while
703       using the debugger
705    -  A full implementation for software breakpoints unless overridden
706       by the arch
708    -  The API to invoke either the kdb or kgdb frontend to the debug
709       core.
711    -  The structures and callback API for atomic kernel mode setting.
713       .. note:: kgdboc is where the kms callbacks are invoked.
715 2. kgdb arch-specific implementation
717    This implementation is generally found in ``arch/*/kernel/kgdb.c``. As
718    an example, ``arch/x86/kernel/kgdb.c`` contains the specifics to
719    implement HW breakpoint as well as the initialization to dynamically
720    register and unregister for the trap handlers on this architecture.
721    The arch-specific portion implements:
723    -  contains an arch-specific trap catcher which invokes
724       kgdb_handle_exception() to start kgdb about doing its work
726    -  translation to and from gdb specific packet format to struct pt_regs
728    -  Registration and unregistration of architecture specific trap
729       hooks
731    -  Any special exception handling and cleanup
733    -  NMI exception handling and cleanup
735    -  (optional) HW breakpoints
737 3. gdbstub frontend (aka kgdb)
739    The gdbstub is located in ``kernel/debug/gdbstub.c``. It contains:
741    -  All the logic to implement the gdb serial protocol
743 4. kdb frontend
745    The kdb debugger shell is broken down into a number of components.
746    The kdb core is located in kernel/debug/kdb. There are a number of
747    helper functions in some of the other kernel components to make it
748    possible for kdb to examine and report information about the kernel
749    without taking locks that could cause a kernel deadlock. The kdb core
750    implements the following functionality.
752    -  A simple shell
754    -  The kdb core command set
756    -  A registration API to register additional kdb shell commands.
758       -  A good example of a self-contained kdb module is the ``ftdump``
759          command for dumping the ftrace buffer. See:
760          ``kernel/trace/trace_kdb.c``
762       -  For an example of how to dynamically register a new kdb command
763          you can build the kdb_hello.ko kernel module from
764          ``samples/kdb/kdb_hello.c``. To build this example you can set
765          ``CONFIG_SAMPLES=y`` and ``CONFIG_SAMPLE_KDB=m`` in your kernel
766          config. Later run ``modprobe kdb_hello`` and the next time you
767          enter the kdb shell, you can run the ``hello`` command.
769    -  The implementation for kdb_printf() which emits messages directly
770       to I/O drivers, bypassing the kernel log.
772    -  SW / HW breakpoint management for the kdb shell
774 5. kgdb I/O driver
776    Each kgdb I/O driver has to provide an implementation for the
777    following:
779    -  configuration via built-in or module
781    -  dynamic configuration and kgdb hook registration calls
783    -  read and write character interface
785    -  A cleanup handler for unconfiguring from the kgdb core
787    -  (optional) Early debug methodology
789    Any given kgdb I/O driver has to operate very closely with the
790    hardware and must do it in such a way that does not enable interrupts
791    or change other parts of the system context without completely
792    restoring them. The kgdb core will repeatedly "poll" a kgdb I/O
793    driver for characters when it needs input. The I/O driver is expected
794    to return immediately if there is no data available. Doing so allows
795    for the future possibility to touch watchdog hardware in such a way
796    as to have a target system not reset when these are enabled.
798 If you are intent on adding kgdb architecture specific support for a new
799 architecture, the architecture should define ``HAVE_ARCH_KGDB`` in the
800 architecture specific Kconfig file. This will enable kgdb for the
801 architecture, and at that point you must create an architecture specific
802 kgdb implementation.
804 There are a few flags which must be set on every architecture in their
805 ``asm/kgdb.h`` file. These are:
807 -  ``NUMREGBYTES``:
808      The size in bytes of all of the registers, so that we
809      can ensure they will all fit into a packet.
811 -  ``BUFMAX``:
812      The size in bytes of the buffer GDB will read into. This must
813      be larger than NUMREGBYTES.
815 -  ``CACHE_FLUSH_IS_SAFE``:
816      Set to 1 if it is always safe to call
817      flush_cache_range or flush_icache_range. On some architectures,
818      these functions may not be safe to call on SMP since we keep other
819      CPUs in a holding pattern.
821 There are also the following functions for the common backend, found in
822 ``kernel/kgdb.c``, that must be supplied by the architecture-specific
823 backend unless marked as (optional), in which case a default function
824 maybe used if the architecture does not need to provide a specific
825 implementation.
827 .. kernel-doc:: include/linux/kgdb.h
828    :internal:
830 kgdboc internals
831 ----------------
833 kgdboc and uarts
834 ~~~~~~~~~~~~~~~~
836 The kgdboc driver is actually a very thin driver that relies on the
837 underlying low level to the hardware driver having "polling hooks" to
838 which the tty driver is attached. In the initial implementation of
839 kgdboc the serial_core was changed to expose a low level UART hook for
840 doing polled mode reading and writing of a single character while in an
841 atomic context. When kgdb makes an I/O request to the debugger, kgdboc
842 invokes a callback in the serial core which in turn uses the callback in
843 the UART driver.
845 When using kgdboc with a UART, the UART driver must implement two
846 callbacks in the struct uart_ops.
847 Example from ``drivers/8250.c``::
850     #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
851         .poll_get_char = serial8250_get_poll_char,
852         .poll_put_char = serial8250_put_poll_char,
853     #endif
856 Any implementation specifics around creating a polling driver use the
857 ``#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL``, as shown above. Keep in mind that
858 polling hooks have to be implemented in such a way that they can be
859 called from an atomic context and have to restore the state of the UART
860 chip on return such that the system can return to normal when the
861 debugger detaches. You need to be very careful with any kind of lock you
862 consider, because failing here is most likely going to mean pressing the
863 reset button.
865 kgdboc and keyboards
866 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
868 The kgdboc driver contains logic to configure communications with an
869 attached keyboard. The keyboard infrastructure is only compiled into the
870 kernel when ``CONFIG_KDB_KEYBOARD=y`` is set in the kernel configuration.
872 The core polled keyboard driver for PS/2 type keyboards is in
873 ``drivers/char/kdb_keyboard.c``. This driver is hooked into the debug core
874 when kgdboc populates the callback in the array called
875 :c:expr:`kdb_poll_funcs[]`. The kdb_get_kbd_char() is the top-level
876 function which polls hardware for single character input.
878 kgdboc and kms
879 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
881 The kgdboc driver contains logic to request the graphics display to
882 switch to a text context when you are using ``kgdboc=kms,kbd``, provided
883 that you have a video driver which has a frame buffer console and atomic
884 kernel mode setting support.
886 Every time the kernel debugger is entered it calls
887 kgdboc_pre_exp_handler() which in turn calls con_debug_enter()
888 in the virtual console layer. On resuming kernel execution, the kernel
889 debugger calls kgdboc_post_exp_handler() which in turn calls
890 con_debug_leave().
892 Any video driver that wants to be compatible with the kernel debugger
893 and the atomic kms callbacks must implement the ``mode_set_base_atomic``,
894 ``fb_debug_enter`` and ``fb_debug_leave operations``. For the
895 ``fb_debug_enter`` and ``fb_debug_leave`` the option exists to use the
896 generic drm fb helper functions or implement something custom for the
897 hardware. The following example shows the initialization of the
898 .mode_set_base_atomic operation in
899 drivers/gpu/drm/i915/intel_display.c::
902     static const struct drm_crtc_helper_funcs intel_helper_funcs = {
903     [...]
904             .mode_set_base_atomic = intel_pipe_set_base_atomic,
905     [...]
906     };
909 Here is an example of how the i915 driver initializes the
910 fb_debug_enter and fb_debug_leave functions to use the generic drm
911 helpers in ``drivers/gpu/drm/i915/intel_fb.c``::
914     static struct fb_ops intelfb_ops = {
915     [...]
916            .fb_debug_enter = drm_fb_helper_debug_enter,
917            .fb_debug_leave = drm_fb_helper_debug_leave,
918     [...]
919     };
922 Credits
923 =======
925 The following people have contributed to this document:
927 1. Amit Kale <amitkale@linsyssoft.com>
929 2. Tom Rini <trini@kernel.crashing.org>
931 In March 2008 this document was completely rewritten by:
933 -  Jason Wessel <jason.wessel@windriver.com>
935 In Jan 2010 this document was updated to include kdb.
937 -  Jason Wessel <jason.wessel@windriver.com>