Rust-for-Linux 驱动开发调试指南

前言

在 Linux 内核开发中，驱动程序调试是一项关键技能。本文将详细介绍 Rust-for-Linux 项目中的驱动开发调试方法，帮助开发者快速定位和解决问题。

调试工具概览

Linux 内核提供了多种调试工具，从简单的日志输出到复杂的运行时检查工具。我们将从简单到复杂逐一介绍这些工具的使用场景和方法。

基础调试方法

printk() 及其变体

printk() 是内核中最基础的调试工具，类似于用户空间的 printf()。

使用场景：

• 快速验证代码执行路径
• 输出变量值
• 简单时序验证

优点：

• 使用简单直观
• 无需额外配置
• 支持丰富的格式化选项

缺点：

• 需要重新编译内核/模块
• 可能影响代码执行时序

Rust 中的对应实现： 在 Rust-for-Linux 中，可以使用 pr_info!、pr_err! 等宏实现类似功能。

trace_printk()

当 printk() 影响时序时，trace_printk() 是更好的选择。

特点：

• 输出到 trace 文件而非内核日志
• 对时序影响更小
• 需要配置 CONFIG_DYNAMIC_FTRACE

dev_dbg()

设备专用的调试输出，可以与动态调试配合使用。

最佳实践：

• 调试完成后应移除或禁用
• 永久保留的调试信息应有实际维护价值

高级调试技术

Ftrace 跟踪点

Ftrace 提供了强大的跟踪功能，可以创建自定义跟踪点。

实现步骤：

1. 定义跟踪点
2. 在代码中插入跟踪点
3. 通过 tracefs 启用/配置跟踪

Rust 实现注意事项： 在 Rust-for-Linux 中需要特别注意与 C 代码的交互，确保跟踪点能正确捕获 Rust 数据结构。

DebugFS 接口

DebugFS 提供了通过文件系统交互调试的能力。

典型应用：

• 实时查看/修改变量
• 寄存器/内存转储
• 错误注入

Rust 实现示例：

use kernel::debugfs;

let dir = debugfs::create_dir("my_driver", None)?;
debugfs::create_u32("debug_level", 0o644, &dir, &mut debug_level)?;

运行时检查工具

KASAN (内核地址消毒剂)

检测内存错误，如：

• 释放后使用
• 越界访问

配置要求：CONFIG_KASAN=y

UBSAN (未定义行为消毒剂)

检测未定义行为，如：

• 整数溢出
• 空指针解引用

lockdep (锁依赖验证器)

检测锁相关错误：

• 潜在死锁
• 锁顺序违规

设备核心转储

当设备出现严重错误时，可以生成设备专用的核心转储。

实现方式：

1. 注册设备核心转储回调
2. 在错误处理路径中触发转储
3. 用户空间工具收集分析

Rust 实现考虑： 需要正确处理 Rust 和 C 数据结构的转换，确保转储数据完整可用。

调试策略建议

1. 从简单开始：先使用 printk 验证基本假设
2. 逐步深入：确认问题范围后使用更专业的工具
3. 关注时序：必要时使用对时序影响小的工具
4. 自动化检查：启用 KASAN/UBSAN 等自动化工具
5. 长期监控：对于偶发问题，考虑添加永久监控点

结语

掌握这些调试技术将大大提高 Rust-for-Linux 驱动开发的效率。每种工具都有其适用场景，开发者应根据具体问题选择合适的调试方法。随着 Rust 在内核中的使用日益广泛，这些调试技术也将不断演进和完善。