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System.map

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 sflfqx
发布于 2014/08/04 13:28
字数 2844
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有关System.map文件的信息好象很缺乏。其实它一点也不神秘,并且在整个事情当中它并不象看上去那么得重要。但是由于缺乏必要的文档说明,使其显得比较神秘。它就象耳垂,我们每个人都有,但却不知道是干什么用的。本网页就是用来说明这个问题的。

注意,我并不会是百分之一百正确的。例如,一个系统很可能没有/proc文件系统支持,但是大多数系统肯定有。这里我假定你是“随大流的”,并有一个典型配置的系统。

某些有关内核出错(oops)的阐述来自于Alessandro Rubini的“Linux设备驱动程序” 一书,我是从其中学到大部分内核编程知识的。

什么是符号(Symbols)?

在编程中,一个符号(symbol)是一个程序的创建块:它是一个变量名或一个函数名。 正如你自己编制的程序一样,内核具有各种符号也是不应该感到惊奇的。当然,区别在 于内核是一非常复杂的代码块,并且含有许多、许多的全局符号。


内核符号表(Kernel Symbol Table)是什么东西?

内核并不使用符号名。它是通过变量或函数的地址(指针)来使用变量或函数的,而 不是使用size_t BytesRead,内核更喜欢使用(例如)c0343f20来引用 这个变量。

而另一方面,人们并不喜欢象c0343f20这样的名字。我们跟喜欢使用象 size_t BytesRead这样的表示。通常,这并不会带来什么问题。内核主要 是用C语言写成的,所以在我们编程时编译器/连接程序允许我们使用符号名,并且使 内核在运行时使用地址表示。这样大家都满意了。

然而,存在一种情况,此时我们需要知道一个符号的地址(或者一个地址对应的 符号)。这是通过符号表来做到的,与gdb能够从一个地址给出函数名(或者给出一个 函数名的地址)的情况很相似。符号表是所有符号及其对应地址的一个列表。这里是 一个符号表例子:

c03441a0 B dmi_broken
  c03441a4 B is_sony_vaio_laptop
  c03441c0 b dmi_ident
  c0344200 b pci_bios_present
  c0344204 b pirq_table
  c0344208 b pirq_router
  c034420c b pirq_router_dev
  c0344220 b ascii_buffer
  c0344224 b ascii_buf_bytes

你可以看出名称为dmi_broken的变量位于内核地址c03441a0处。


什么是System.map文件?

有两个文件是用作符号表的:

  1. /proc/ksyms

  2. System.map

这里,你现在可以知道System.map文件是干什么用的了。

每当你编译一个新内核时,各种符号名的地址定会变化。

/proc/ksyms 是一个 "proc文件" 并且是在内核启动时创建的。实际上 它不是一个真实的文件;它只是内核数据的简单表示形式,呈现出象一个磁盘文件似 的。如果你不相信我,那么就试试找出/proc/ksyms的文件大小来。因此, 对于当前运行的内核来说,它总是正确的..

然而,System.map却是文件系统上的一个真实文件。当你编译一个新内核时,你原 来的System.map中的符号信息就不正确了。随着每次内核的编译,就会产生一个新的 System.map文件,并且需要用该文件取代原来的文件。


什么是一个Oops?

在自己编制的程序中最常见的出错情况是什么?是段出错(segfault),信号11。

Linux内核中最常见的bug是什么?也是段出错。除此,正如你想象的那样,段出错的问题是非常复杂的,而且也是非常严重的。当内核引用了一个无 效指针时,并不 称其为段出错 -- 而被称为"oops"。一个oops表明内核存在一个bug,应该总是提出 报告并修正该bug。

请注意,一个oops与一个段出错并不是一回事。你的程序并不能从段出错中恢复 过来,当出现一个oops时,并不意味着内核肯定处于不稳定的状态。Linux内核是非常 健壮的;一个oops可能仅杀死了当前进程,并使余下的内核处于一个良好的、稳定的 状态。

一个oops并非是内核死循环(panic)。在内核调用了panic()函数后,内核就不能 继续运行了;此时系统就处于停顿状态并且必须重启。如果系统中关键部分遭到破坏 那么一个oops也可能会导致内核进入死循环(panic)。例如,设备驱动程序中 出现的oops就几乎不会导致系统进行死循环。

当出现一个oops时,系统就会显示出用于调试问题的相关信息,比如所有CPU寄存器 中的内容以及页描述符表的位置等,尤其会象下面那样打印出EIP(指令指针)的内容:

EIP: 0010:[<00000000>]
  Call Trace: []


一个Oops与System.map文件有什么关系呢?

我想你也会认为EIP和Call Trace所给出的信息并不多,但是重要 的是,对于内核开发人员来说这些信息也是不够的。由于一个符号并没有固定的地址, c010b860可以指向任何地方。

为了帮助我们使用oops含糊的输出,Linux使用了一个称为klogd(内核日志后台程序)的 后台程序,klogd会截取内核oops并且使用syslogd将其记录下来,并将某些象c010b860 的信息转换成我们可以识别和使用的信息。换句话说,klogd是一个内核消息记录器(logger), 它可以进行名字-地址之间的解析。一旦klogd开始转换内核消息,它就使用手头的记录器, 将整个系统的消息记录下来,通常是使用syslogd记录器。

为了进行名字-地址解析,klogd就要用到System.map文件。我想你现在 知道一个oops与System.map的关系了。

深入说明: 其实klogd会执行两类地址解析活动。

  • 静态转换,将使用System.map文件。

  • 动态转换,该方式用于可加载模块,不使用System.map,因此与本讨论没有关系,但我仍然对其加以简单说明。

Klogd动态转换

假设你加载了一个产生oops的内核模块。于是就会产生一个oops消息,klogd就会截获它,并发现该oops发生在d00cf810处。由于 该地址属于动态加载模块,因此在System.map文件中没有对应条目。klogd将会在其中寻找并会毫无所获,于是断定是一个可加载模块产生了 oops。此时klogd就会向内核查询该可加载模块输出的符号。即使该模块的编制者没有输出其符号,klogd也起码会知道是哪个模块产生了oops, 这总比对一个oops一无所知要好。

还有其它的软件会使用System.map,我将在后面作一说明。


System.map应该位于什么地方?

System.map应该位于使用它的软件能够寻找到的地方,也就是说,klogd会在什么地方寻找它。在系统启动时,如果没有以一个参数的形式为klogd给出System.map的位置,则klogd将会在三个地方搜寻System.map。依次为:

  1. /boot/System.map

  2. /System.map

  3. /usr/src/linux/System.map

System.map 同样也含有版本信息,并且klogd能够智能化地搜索正确的map文件。例如,假设你正在运行内核2.4.18并且相应的map文件位于/boot /System.map。现在你在目录/usr/src/linux中编译一个新内核2.5.1。在编译期间,文件 /usr/src/linux/System.map就会被创建。当你启动该新内核时,klogd将首先查询 /boot/System.map,确认它不是启动内核正确的map文件,就会查询 /usr/src/linux/System.map, 确定该文件启动内核正确的map文件并开始读取其中的符号信息。

几个注意点:

  • 在2.5.x系列内核的某个版本,Linux内核会开始untar成linux-version,而非只是linux (请举手表决 -- 有多少人一直等待着这样做?)。我不知道klogd是否已经修改为在/usr/src/linux-version/System.map中搜索。 TODO:查看klogd源代码。

  • 在线手册上对此也没有完整描述,请看:   # strace -f /sbin/klogd | grep 'System.map'
      31208 open("/boot/System.map-2.4.18", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 2

    显然,不仅klogd在三个搜索目录中寻找正确版本的map文件,klogd也同样知道寻找名字为 "System.map" 后加"-内核版本",象 System.map-2.4.18. 这是klogd未公开的特性。

有一些驱动程序将使用System.map来解析符号(因为它们与内核头连接而非glibc库等),如果没有System.map文件,它们将不能 正确地工作。这与一个模块由于内核版本不匹配而没有得到加载是两码事。模块加载是与内核版本有关,而与即使是同一版本内核其符号表也会变化的编译后内核无 关。

还有谁使用了System.map?

不要认为System.map文件仅对内核oops有用。尽管内核本身实际上不使用System.map,其它程序,象 klogd,lsof,    satan# strace lsof 2>&1 1> /dev/null | grep System
  readlink("/proc/22711/fd/4", "/boot/System.map-2.4.18", 4095) = 23
ps,    satan# strace ps 2>&1 1> /dev/null | grep System
  open("/boot/System.map-2.4.18", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_NOCTTY) = 6
以及其它许多软件,象dosemu,需要有一个正确的System.map文件。

如果我没有一个好的System.map,会发生什么问题?

假设你在同一台机器上有多个内核。则每个内核都需要一个独立的 System.map文件!如果所启动的内核没有对应的System.map文件,那么你将定期地看到这样一条信息:

System.map does not match actual kernel (System.map与实际内核不匹配)
不是一个致命错误,但是每当你执行ps ax时都会恼人地出现。有些软件,比如dosemu,可能不会正常工作。最后,当出现一个内核oops时,klogd或ksymoops的输出可能会不可靠。

我如何对上述情况进行补救?

方法是将你所有的System.map文件放在目录/boot下,并使用内核版本号重新对它们进行命名。假设你有以下多个内核:

  • /boot/vmlinuz-2.2.14

  • /boot/vmlinuz-2.2.13

那么,只需对应各内核版本对map文件进行改名,并放在/boot下,如:



/boot/System.map-2.2.14
  /boot/System.map-2.2.13如果你有同一个内核的两个拷贝怎么办?例如:

  • /boot/vmlinuz-2.2.14

  • /boot/vmlinuz-2.2.14.nosound

最佳解决方案将是所有软件能够查找下列文件:

/boot/System.map-2.2.14
  /boot/System.map-2.2.14.nosound

但是说实在的,我并不知道这是否是最佳情况。我曾经见到搜寻"System.map-kernelversion",但是对于搜 索"System.map-kernelversion.othertext"的情况呢? 我不太清楚。此时我所能做的就是利用这样一个事实:/usr/src/linux是标准map文件的搜索路径,所以你的map文件将放在:

  • /boot/System.map-2.2.14

  • /usr/src/linux/System.map (对于nosound版本)

你也可以使用符号连接:

System.map-2.2.14
  System.map-2.2.14.sound
  System.map -> System.map-2.2.14.sound


本文转载自:http://blog.chinaunix.net/uid-21768364-id-204223.html

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