调试是软件开发过程中重要的一个环节，本文将详细介绍如何调试引导扇区。
其实第一节也涉及了部分调试命令。
在操作系统的开发过程中我们通常使用QEMU虚拟机来运行我们开发的操作系统，使用GDB作为调试工具。GDB支持远程调试，这是通过一个简单的协议来实现的。QEMU支持该协议，所以我们可以配合这两者来完成我们的调试工作。
使用GDB进行调试
先编译生成引导扇区文件：
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# as --32 boot.s -o boot.o
# objcopy -O binary -j .text boot.o boot.bin
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通过如下命令启动虚拟机：
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# qemu-system-i386 boot.bin -S -s
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-S : 参数告诉虚拟机启动后先不运行。-s : 参数告诉虚拟机开启一个GDB服务器等待客户端的连接，服务默认监听TCP端口1234。
启动GDB：
连接到目标服务器：
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(gdb) target remote localhost:1234
Remote debugging using localhost:1234
0x0000fff0 in ?? ()
(gdb)
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设置CPU架构为i8086，因为最开始的这段代码运行在16位实地址模式：
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(gdb) set architecture i8086
warning: A handler for the OS ABI "GNU/Linux" is not built into this configuration
of GDB. Attempting to continue with the default i8086 settings.
The target architecture is assumed to be i8086
(gdb)
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设置当程序停住或单步调试时自动显示指令
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(gdb) display/i $cs*16+$pc
1: x/i $cs*16+$pc
0xffff0: ljmp $0xf000,$0xe05b
(gdb)
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16位实地址模式下物理地址计算方式为段寄存器左移4位，即乘以十进制的16，再加上偏移地址。
因为BIOS会将引导扇区加载到0x7c00处开始执行，所以我们在这里打个断点：
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(gdb) b *0x7c00
Breakpoint 1 at 0x7c00
(gdb)
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输入c使虚拟机恢复运行：
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(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 1, 0x00007c00 in ?? ()
1: x/i $cs*16+$pc
=> 0x7c00: mov $0x7c0,%ax
(gdb)
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观察第6行，正是我们的引导扇区的第一条指令。
查看寄存器内容：
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(gdb) info registers
eax 0xaa55 43605
ecx 0x0 0
edx 0x80 128
ebx 0x0 0
esp 0x6ef4 0x6ef4
ebp 0x0 0x0
esi 0x0 0
edi 0x0 0
eip 0x7c00 0x7c00
eflags 0x202 [ IF ]
cs 0x0 0
ss 0x0 0
ds 0x0 0
es 0x0 0
fs 0x0 0
gs 0x0 0
(gdb)
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此时eax寄存器的内容为0xaa55。单步执行下一条指令再查看寄存器内容：
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(gdb) si
0x00007c03 in ?? ()
1: x/i $cs*16+$pc
=> 0x7c03: mov %ax,%ds
(gdb) info registers
eax 0x7c0 1984
ecx 0x0 0
edx 0x80 128
ebx 0x0 0
esp 0x6ef4 0x6ef4
ebp 0x0 0x0
esi 0x0 0
edi 0x0 0
eip 0x7c03 0x7c03
eflags 0x202 [ IF ]
cs 0x0 0
ss 0x0 0
ds 0x0 0
es 0x0 0
fs 0x0 0
gs 0x0 0
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此时eax寄存器的内容为0x7c0。继续调试：
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(gdb) si
0x00007c05 in ?? ()
1: x/i $cs*16+$pc
=> 0x7c05: mov $0xb800,%ax
(gdb) info registers
eax 0x7c0 1984
ecx 0x0 0
edx 0x80 128
ebx 0x0 0
esp 0x6ef4 0x6ef4
ebp 0x0 0x0
esi 0x0 0
edi 0x0 0
eip 0x7c05 0x7c05
eflags 0x202 [ IF ]
cs 0x0 0
ss 0x0 0
ds 0x7c0 1984
es 0x0 0
fs 0x0 0
gs 0x0 0
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此时数据段寄存器ds的内容已经是0x7c0了。再向后执行两条指令并查看寄存器内容：
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(gdb) si 2
0x00007c0a in ?? ()
1: x/i $cs*16+$pc
=> 0x7c0a: cld
(gdb) info registers
eax 0xb800 47104
ecx 0x0 0
edx 0x80 128
ebx 0x0 0
esp 0x6ef4 0x6ef4
ebp 0x0 0x0
esi 0x0 0
edi 0x0 0
eip 0x7c0a 0x7c0a
eflags 0x202 [ IF ]
cs 0x0 0
ss 0x0 0
ds 0x7c0 1984
es 0xb800 47104
fs 0x0 0
gs 0x0 0
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此时附加数据段寄存器es的内容为0xb800。
引导扇区调试的基本过程就是这样了。在调试过程中可能会需要重启虚拟机，如果重新手动执行qemu和gdb，再重新走一遍上面的流程多少是有点麻烦的。下面教大家两种直接重启虚拟机的方法。
直接重启虚拟机的方法
第一种方法：切换到QEMU窗口并按Ctrl-Alt-2以获取QEMU监视器，键入命令system_reset并使用Ctrl-Alt-1切换回去。如下所示：
第二种方法：跳转到BIOS重置指令的地址0xf000:0xfff0处。
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(gdb) set $cs = 0xf000
(gdb) set $pc = 0xfff0
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 1, 0x00007c00 in ?? ()
1: x/i $cs*16+$pc
=> 0x7c00: mov $0x7c0,%ax
(gdb)
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总结
本文中的命令摘要：
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$ qemu-system-i386 boot.bin -S -s
(gdb) target remote localhost:1234
(gdb) set architecture i8086 # 16-bit mode
(gdb) display/i $cs*16+$pc # show next instruction
(gdb) b *0x7c00 # breakpoint at boot sector
(gdb) set $cs = 0xf000
(gdb) set $pc = 0xfff0 # reboot
(gdb) c # continue execution
(gdb) si # step instruction
(gdb) x/5i $cs*16+$pc # disassemble five instrs
(gdb) info registers # show all registers
(qemu) system_reset
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参考文章
Author
laoqinren
LastMod
2021-02-23
Markdown
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