调试PIE内核时GDB无法在断点处停止的问题咨询

问题场景 #

我编译位置独立（PIE）内核的命令如下：

gcc -Og -g -Werror -nostdlib -o kernel.o -c kernel/main.c
gcc -nostdlib -ffreestanding -e kmain -o kernel.elf kernel.o

通过QEMU启动引导加载程序：

qemu-system-x86_64 -s -S -bios /usr/share/ovmf/OVMF.fd -drive file=/os.img,format=raw

在GDB中执行以下操作后，断点并未在kmain处停止，程序直接继续运行：

target remote :1234                                                             
symbol-file kernel.elf                                               
break kmain                                                             
continue                                                                        
layout next                                                                     

引导加载程序中调用kmain的代码：

int (*kmain)(void*) = (int(*)(void*)) (buf + elf->entry);
stat = uefi_call_wrapper(BS->ExitBootServices, 2, IH, mapkey);
kmain(&bootinfo);

其中buf是kernel.elf文件加载到内存的起始位置，kmain的定义：

int kmain(Bootinfo *Bootinfo) {
    int x = 1;
    int y = x;
    return 0;
}

有人提示：

如果你的内核是位置独立或可重定位的，且引导加载程序能处理其运行时需求，你需要告知GDB内核加载到了不同的基地址。

核心疑问 #

1. 如何告知GDB内核的实际加载基地址？
2. 此处的基地址是否为buf？

补充：GDB中反汇编kmain的结果显示，所有指令均使用相对rip的寻址方式，符合PIE程序的特征。

解答 #

关于基地址的确认 #

是的，此处的实际加载基地址就是buf——也就是你在引导加载程序中把kernel.elf整个文件加载到内存的起始地址。PIE程序的入口点elf->entry是相对于这个基地址的偏移，所以buf + elf->entry才是kmain在内存中的实际运行地址。

告知GDB实际加载地址的两种方法 #

方法1：使用add-symbol-file加载符号并指定基地址

直接用add-symbol-file替代symbol-file，命令格式为：

add-symbol-file kernel.elf <buf的实际地址>

例如，假设buf的地址是0x100000，则执行：

add-symbol-file kernel.elf 0x100000

这个命令会告诉GDB，kernel.elf的符号对应的内存地址都要加上这个基地址偏移。

方法2：加载符号后调整偏移

如果已经用symbol-file加载了符号，可以通过set link-map-offset命令设置偏移值：

set link-map-offset <buf的实际地址 - PIE默认基地址>

PIE程序的默认基地址通常是0x0或0x400000（取决于编译环境），比如buf是0x100000、默认基地址是0x0，则执行：

set link-map-offset 0x100000

验证操作 #

设置完成后，重新执行break kmain，再continue，GDB应该就能在kmain处命中断点了。你也可以用info symbol kmain命令查看符号对应的实际内存地址，确认是否和buf + elf->entry的计算结果一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者runningupthatroad