调试现场:五堵墙

这一章的「调试现场」就是上面 ②~⑥ 这五堵墙本身——它们全部来自 document/notes/035/ 下真实记录的排错过程,每一条都是「合上开关 → 撞墙 → 定位 → 修好」。这里把五条笔记各自的现象 → 线索 → 根因再串一遍(①子进程返回 0 那件太干净,没有排错故事),它们合起来正是「通电 fork/exec」的完整剧情。

墙一:fork 后 Double Fault,RSP 跑到用户空间(fork_frame_pointer_bug)

点 shell 图标 fork 子进程,系统 #DF(Double Fault)卡死。异常帧里 RSP 是个用户空间地址,但 CPU 在内核态——内核在用用户空间栈跑,一异常就 push 到用户栈 → 再缺页 → Double Fault。线索直接指向「子进程的栈指针设错了」。根因就是上面讲的:fork 拿 RBP 当帧指针,但 -O2 下 RBP 不是帧指针,ctx.rsp 算出垃圾值。给 fork 加 optimize("no-omit-frame-pointer") 后,这条墙塌了。

墙二:fork CoW 复制了内核大页(fork_cow_huge_page_filter)

为了让 CoW 只复制用户映射(按 FLAG_USER 过滤),得先确保所有内核硬件访问都走高半区、不依赖 PML4[0] 恒等映射。审查下来唯一的阻塞项是 framebuffer:它原来直接拿物理地址 0xFD000000 当虚拟地址用(吃恒等映射)。改它踩了三轮:直接加 KERNEL_VMA 偏移 → 黑屏(高半区没映射 MMIO);用 VMM 映 4KB 页 → 画面回来但 TLB 抖动慢到没法用(~2048 个页表项);改用 2MB 大页(map_2mb)→ 略好但仍慢——因为映射时手贱加了 FLAG_PCD(缓存禁用),framebuffer 是缓存写回的,加 PCD 后每次像素写直通内存,QEMU 里极慢;去掉 PCD 才恢复正常。一轮「黑屏 → 慢 → 更慢 → 对了」,是硬件映射的经典折腾。

墙三:子进程第一条 syscall 就崩,RSP=0(syscall_gs_msr_bug)

修完帧指针,子进程能 execve 进用户态了,但执行第一条 syscall 就 Double Fault,RSP=0、在地址 0 触发缺页。这就是上面讲的 GS MSR 没跨切换保存:swapgs 的配对被调度器搅乱,子进程 syscall 时 gs:0 读到 0、RSP 变 0。把两个 GS MSR 纳入 CpuContext、context_switch 里 rdmsr/wrmsr 存取后,syscall 正常了。Double Fault 且 RSP 为零或接近零,首先怀疑栈加载来源错(GS base、TSS RSP0)——这是个很值钱的诊断直觉。

墙四:shell 只回显不执行,.rodata 全是零(execve_page_offset_overflow)

子进程能跑 shell 了,能实时回显按键,但回车后不执行、没有提示符。加数据内容日志(不是只数字节数)立刻露馅:shell 写 "\n" 进管道,管道里变成 "\x00";从栈读的数据对、从 .rodata 读的全是 \x00 或丢失。规律太明显——.text 在第一页所以代码能跑,.rodata 在第二页及以后、内容是零 → 加载器 bug。根因就是 execve 把段内偏移当页内偏移,dst+0x1000 越界、新页保持全零。调试数据损坏,区分栈和 .rodata——栈由内核显式映射初始化,.rodata 由 execve 从 ELF 填充,加载器 bug 只影响后者。

墙五:多终端测试静默卡死(stack_guard_page_debug)

test_multi_term_two_terminals_independent_pipes 在 QEMU 里卡死、无串口输出,换堆分配就过——栈溢出(Terminal 的 screen_ 缓冲 ~24KB + 几个 Pipe 缓冲,栈上 ~64KB,超 8KB 内核栈 8 倍)。但 guard page 检测代码早写了却不触发:注释说「已 unmap」其实没 unmap;#PF 没配 IST,溢出时 handler 用溢出栈二次崩;boot 栈是 2MB huge page,4KB 的 unmap 拆不动。笔记给出的完整修法(IST + split_2mb_page + 运行时 unmap)在 tag 035 只落地了一半:guard 区和检测代码进去了,但 #PF 仍是 IST=0、split_2mb_page 在 035 没有调用点——所以这条墙在 035 严格说还没彻底推倒,是「半通电」的一处。教训照样扎实:注释说「已 unmap」不代表真 unmap;#PF 必须配 IST;2MB huge page 是隐形的 guard page 杀手。

这五堵墙串起来,正好是「把 034 的 fork/exec 通电」的全部代价。034 那章我们说它是「搭好骨架、尚未通电」的半成品;035 这五条排错记录,就是「通电」两个字背后真实的血泪。每一条都不是编的,都在 document/notes/035/ 里。