GNU开发工具——Bochs模拟器

一、Bochs简介

1、Bochs简介

Bochs是一款X86硬件平台的开源模拟器。VMware、Virtual PC、VirtualBox等虚拟机软件采用虚拟化技术，部分指令直接交给硬件执行，而Bochs模拟器完全靠软件模拟来实现，从启动到重启，包括PC外设键盘、鼠标、VGA卡、磁盘、网卡等全部由软件来模拟，因此Bochs模拟器非常适合开发操作系统，其自带bochsdbg调试器使得调试操作系统非常容易。

2、Bochs源码安装

下载2.6.8版本源码：
https://sourceforge.net/projects/bochs/
编译配置：
configure --enable-debugger --enable-disasm --enable-debugger-gui
编译：
make -j
安装：
make install

3、Bochs启动方式

Bochs模拟器启动时需要加载配置文件，可以通过-f显示指定配置文件，也可以隐式从当前目录加载配置文件。
显示加载：
bochs -f bochsrc_file
隐式默认加载配置文件：

bochs -f .bochsrc
bochs -f bochsrc
bochs -f bochsrc.txt

4、Bochs配置 

####################################################

# Bochs的配置文件
# Configuration file for Bochs
####################################################
# how much memory the emulated machine will have
megs: 32
# filenameof ROM images
romimage:file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage:file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest

# which disk image will be used 
floppya:1_44=hello.img, status=inserted

# choose the boot disk 确定启动方式
boot: floppy

# where do we send log messages?
log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping ,using US layout as default
keyboard:keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

megs: 32，指定内存大小，单位MB
romimage:file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest，指定系统BIOS文件
vgaromimage:file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest，指定显卡BIOS文件
floppya: 1_44=hello.img, status=inserted，指定软驱映像
boot: floppy，指定启动方式，如floppy、cdrom、c

二、Bochs调试器

1、Bochs调试器简介

Bochs调试器需要在编译Bochs时支持，Bochs调试器支持设置断点、单步执行指令等其它GDB调试器支持的功能，--enable-debugger选项调试器支持，
--enable-debugger-gui选项调试器GUI支持。
configure --enable-debugger --enable-debugger-gui

2、执行控制

continue：继续执行，简写c
step [count]：执行count条指令，如果不指定参数，默认为1，step可以简写为s。
step [cpu] [count]：在cpu上执行count条指令，count默认值为1，step可以简写为s。
step all [count]：在所有cpu上都执行count条指令，count默认值为1。
Ctrl-C：停止执行，返回到命令行提示符
Ctrl-D：如果在空行上执行，则退出调试器
quit，exit：退出调试器，继续执行。quit可以简写为q。

3、断点

vbreak seg:off：设置虚拟地址指令断点，vbreak可以简写为vb。
lbreak addr：在线性地址指令上设置断点，lbreak可以简写为lb。
pbreak [*] addr：在物理地址上设置断点，pbreak可以简写为pb，*符号是兼容GDB命令，为可选参数。
break [*] addr：设置断点，break可以简写为b
info break：显示当前所有断点状态
bpe n：开启断点
bpd n：关闭断点
delete n：删除断点，delete可以简写为del，d

4、数据断点

watch read addr：在物理地址addr上插入读观察点
watch write addr：在物理地址addr上插入写观察点
watch：显示当前内存观察点的显示状态
watch stop：当遇到观察点时，停止模拟执行（默认）
watch continue：在遇到观察点时，不要停止模拟执行
unwatch addr：移除指定物理地址上的观察点
unwatch：移除所有的观察点
trace-mem on/off：开启/关闭内存访问追踪

5、内存操作

x /nuf addr：在线性地址addr处检查内存内容
xp /nuf addr：在物理地址 addr处查看内存内容
n：指定要显示的内存单元的数量。
u：显示的内存单元的大小，b为单字，h为半字，w为字，g为双字。
f：打印的格式，x为十六进制打印，d为十进制打印，o为八进制打印，t为二进制打印，u为无符号十进制打印。
setpmem addr datasize val：在内存位置addr处 设置datasize大小内存，值为 val
writemem：从指定线性地址dump一个字节的内存内容 到一个文件中
crc addr1 addr2：显示物理地址范围 addr1..addr2之间内容的 CRC值

6、查看信息命令

r/reg/regs/registers：查看CPU整数寄存器和内容
fp/fpu：查看FPU寄存器和内容
mmx：查看MMX寄存器和内容
sse/xmm：查看SSE寄存器和内容
ymm：查看所有AVX寄存器和内容
sreg：查看段寄存器和内容
dreg：查看调试寄存器和内容
creg：查看控制寄存器和内容
info cpu：查看CPU所有的寄存器以及内容
info eflags：显示解析的EFLAGS寄存器
info tab：显示分页地址转换
info device：显示指定设备的状态
info break：显示当前所有断点状态

7、CPU寄存器操作

set reg = expr：修改CPU寄存器值为expr。当前只有通用寄存器和指令寄存器支持修改。不能够修改标志寄存器，段寄存器，浮点寄存器和SIMD寄存器。
registers：查看CPU寄存器及值，可以简写为regs，reg，r。

8、反汇编操作

disassemble start end：在给定的线性地址范围内反汇编指令，包含start处指令，不包含end处指令。使用”set $disassemble_size =”告诉调试器设定的段大小。如果只想反汇编第一条指令，则可以不给出end，或将end值设置小于start即可。
disassemble switch-mode：在Intel和 AT&T两种汇编风格之间切换
disassemble size = n：设定调试器执行反汇编命令时使用的段大小，使用0，16，32。值0意思是使用当前的CS段寄存器，默认值是0.
set $auto_disassemble = n：如果n=1，每次停止执行时就反汇编当前的指令，默认值为0。当前CPU上下文的段大小用于反汇编，所以变量”disassemble size”就被忽略了。
set disassemble on：’set $auto_disassemble = 1’
set disassemble off：’set $auto_disassemble = 0’

9、指令跟踪

trace on：反汇编每一条执行的指令。
trace off：关闭指令跟踪功能

10、指令功能

Bochs指令功能需要在编译时设置，需要在”instrument/“目录下构建自定义的指令库到单独目录中，在配置中设置想要使用的指令库，用--enable-instrumentation选项指定。
-enable-instrumentation="instrument/stubs"

11、其它指令

ptime：打印当前时间
sb delta：在未来执行中插入一个时间断点“delta”指令(“delta”是一个64位的整数，跟着字母”L”，例如1000L
print-stack [num words]：打印num words个栈顶端的16-bit字。num words默认16，只在保护模式下栈的段寄存器基址是0的情况下才有效。
modebp：触发CPU模式转换断点
ldsym [global] filename [offset]：从文件filename加载符号。如果添加了全局关键字，在所有的上下文中（即使那个上下文没有加载这些符号）符号都可见。Offset(默认值为0) 被添加到每一个符号条目。符号仅仅不加载当前正在执行的上下文。符号文件由零个或多行的”%x %s”格式的组成。
show - 显示当前的模式
show mode - 当处理器切换模式时显示
show int - 当中断发生时显示
show call - 当调用发生时显示
show ret - 当返回发生时显示
show off - 关闭符号信息
show dbg-all - 开启所有的显示标记
show dbg-none - 关闭所有的显示标记

三、Bochs调试器GUI支持

1、Bochs GUI调试支持

Bochs调试器GUI支持需要在编译时进行设置，在编译时就需要用默认的调试器开关和参数标记--enable-debugger-gui进行配置。
configure --enable-debugger --enable-disasm --enable-debugger-gui

2、GUI启动配置

Bochs启动运行时，如果需要以GUI方式启动，需要将gui_debug值添加进display_library选项参数中。
display_library: x, options="gui_debug"
支持GUI的bochsrc.txt配置文件如下：

#####################################################
# Bochs的配置文件
# Configuration file for Bochs
#####################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filenameof ROM images 
romimage:file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage:file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest

# which disk image will be used 
floppya:1_44=hello.img, status=inserted

# choose the boot disk 确定启动方式
boot: floppy

# where do we send log messages?
log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping ,using US layout as default
keyboard:keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map
# GUI support
display_library: x, options="gui_debug"

Bochs调试器GUI如下：