总结Linux kernel开发中0的巧妙使用

kernel的源代码中，有很多令人拍案叫好的用法，此文简单总结了一下，我所知道的0的巧妙用法，权当抛砖引玉，希望能激发起读者相当更多的0的用法。

用法一：0长数组

0长数组在GNU C中是被允许的，0长数组作为一个结构体的最后一个元素是非常有用的，尤其
是当这个结构体表达的一个可变长度的对象时，如下：

struct line {

int length;

char contents[0];

};

struct line *thisline = (struct line *)malloc(sizeof (struct line) + this_length);

thisline->length = this_length;

特别要注意的一点是：结构体sizeof(struct line) == 4,也即数组contents[0]不占用任何空间，
在使用的时候动态分配。

详细描述可参考下面的链接：
https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.2/gcc/Zero-Length.html#Zero-Length
用法二： 获取结构体中成员变量的offset

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t)&((TYPE *)0)->MEMBER)

上面是kernel源码中的一个宏定义，功能是获取结构体(TYPE)中成员变量(MEMBER)的offset。
我们都知道指针就是一个整型数值，这个数值代表的是内存的地址，而结构体所占用的内存是
连续分配的。假如成员MEMBER的地址为p1, TYPE的地址为p2，那么MEMBER的offset为p1-p2，这个
宏中假设p2为0，所以offset == p1.

用法三：debug kernel panic

当kernel panic时，终端会输出类似如下的log：

Call Trace:
[] show_trace_log_lvl+0x1a/0x2f
[] show_stack_log_lvl+0x9b/0xa3
[] show_registers+0xa3/0x1df
Code:
e3 a0 20 01 83 20 00 f5 7f f0 4e e3 a0 30 00 e5 c3 20 00

如果有此次kernel版本的vmlinux，那就很简单了，直接
#gdb vmlinux
(gdb) b*(0xc0406081 + 0x1a)

就可以知道panic发生在哪一行了。如果没有vmlinux怎么办呢？
从网上看到有人说，Linus通常使用一个小程序，类似这样：

const char array[] = “\xnn\xnn\xnn\xnn\xnn\xnn\xnn\xnn”;

int main(int argc, char * argv[])

{

printf("%p\n", array);

*(int *)0 = 0;

}

数组里就是发生panic时，最后的几个指令，上面用<>标记的红色的指令，就是发生panic的指令，

当实际解析这些指令的时候，需要注意大小端问题，如下：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

const char a[] = “\xe3\xa0\x20\x01\xe5\x83\x20\x00\xf5\x7f\xf0\x4e\xe3\xa0\x30\x00\xe5\xc3\x20\x00”;

int main(int argc, char *argv[])

{

printf("%p\n", a);

*(int *)0 = 0;

}

#gcc h.c

然后用gdb分析， 如下图，因为错误指令是a[4], 也即in $0x83, %eax

为了使反汇编的结果与c代码对应起来，kernel的Kbuild子系统提供了一个这样的功能，任何一个c文件，都可以

单独编译成汇编文件，如下：

make O=/kernel/ ARCH=arm CROSS_COMPILE=/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi- KCFLAGS="-fno-pic -mno-unaligned-access" V=1 kernel/user.s

进而确定发生panic的源代码的位置。

说这个例子，只是解释一下0的使用技巧，这只是老的调试方法，因为kernel中有一个脚本：scripts/decodecode来做这个事了，用法：

把放生panic那行code，写入~/oops.txt，然后：

.scripts/decodecode < ~/oops.txt

可能大家会有一个疑问：为什么在宏的定义中访问0地址，不会放生程序错误，而在这个例子中会产生段错误呢？

这是因为在宏中，我们对0地址的访问方式是读，而在这个例子中的访问方式是向0地址写数据，kernel对0地址初始化为只读的，

可能就是这个原因吧，这是我的个人理解。

用法四：do {} while(0)

这个用法大家都已经很熟悉了，就是把宏定义用do {} while(0)语句括起来，形成一个整体。

例子就不枚举了，但是定义这样的宏也有一些限制，具体的可以参看kernel文档：

Documentation/zh_CN/CodingStyle

暂时先总结这些吧，不妥之处，敬请批评指正。

haobenqu@126.com

写于上海