System.map檔案的作用

正文

有關System.map檔案的資訊好象很缺乏。其實它一點也不神秘，並且在整個事情當中它並不象看上去那麼得重要。但是由於缺乏必要的文件說明，使其顯得比較神秘。它就象耳垂，我們每個人都有，但卻不知道是幹什麼用的。本網頁就是用來說明這個問題的。

注意，我並不會是百分之一百正確的。例如，一個系統很可能沒有/proc檔案系統支援，但是大多數系統肯定有。這裡我假定你是“隨大流的”，並有一個典型設定的系統。

某些有關核心出錯(oops)的闡述來自於Alessandro Rubini的“Linux裝置驅動程式” 一書，我是從其中學到大部分核心程式設計知識的。

什麼是符號(Symbols)?

在程式設計中，一個符號(symbol)是一個程式的建立塊：它是一個變數名或一個函數名。 正如你自己編制的程式一樣，核心具有各種符號也是不應該感到驚奇的。當然，區別在 於核心是一非常複雜的程式碼塊，並且含有許多、許多的全域性符號。

核心符號表(Kernel Symbol Table)是什麼東西?

核心並不使用符號名。它是通過變數或函數的地址(指標)來使用變數或函數的，而 不是使用size_t BytesRead，核心更喜歡使用(例如)c0343f20來參照 這個變數。

而另一方面，人們並不喜歡象c0343f20這樣的名字。我們跟喜歡使用象 size_t BytesRead這樣的表示。通常，這並不會帶來什麼問題。核心主要 是用C語言寫成的，所以在我們程式設計時編譯器/連線程式允許我們使用符號名，並且使 核心在執行時使用地址表示。這樣大家都滿意了。

然而，存在一種情況，此時我們需要知道一個符號的地址（或者一個地址對應的 符號）。這是通過符號表來做到的，與gdb能夠從一個地址給出函數名（或者給出一個 函數名的地址）的情況很相似。符號表是所有符號及其對應地址的一個列表。這裡是 一個符號表例子：

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

你可以看出名稱為dmi_broken的變數位於核心地址c03441a0處。

什麼是System.map檔案?

有兩個檔案是用作符號表的:

1. /proc/ksyms
2. System.map

這裡，你現在可以知道System.map檔案是幹什麼用的了。

每當你編譯一個新核心時，各種符號名的地址定會變化。

/proc/ksyms 是一個 "proc檔案" 並且是在核心啟動時建立的。實際上 它不是一個真實的檔案；它只是核心資料的簡單表示形式，呈現出象一個磁碟檔案似 的。如果你不相信我，那麼就試試找出/proc/ksyms的檔案大小來。因此， 對於當前執行的核心來說，它總是正確的..

然而，System.map卻是檔案系統上的一個真實檔案。當你編譯一個新核心時，你原 來的System.map中的符號資訊就不正確了。隨著每次核心的編譯，就會產生一個新的 System.map檔案，並且需要用該檔案取代原來的檔案。

什麼是一個Oops?

在自己編制的程式中最常見的出錯情況是什麼?是段出錯(segfault)，信號11。

Linux核心中最常見的bug是什麼?也是段出錯。除此，正如你想象的那樣，段出 錯的問題是非常複雜的，而且也是非常嚴重的。當核心參照了一個無效指標時，並不 稱其為段出錯 -- 而被稱為"oops"。一個oops表明核心存在一個bug，應該總是提出 報告並修正該bug。

請注意，一個oops與一個段出錯並不是一回事。你的程式並不能從段出錯中恢復 過來，當出現一個oops時，並不意味著核心肯定處於不穩定的狀態。Linux核心是非常 健壯的；一個oops可能僅殺死了當前進程，並使餘下的核心處於一個良好的、穩定的 狀態。

一個oops並非是核心死迴圈(panic)。在核心呼叫了panic()函數後，核心就不能 繼續執行了；此時系統就處於停頓狀態並且必須重新啟動。如果系統中關鍵部分遭到破壞 那麼一個oops也可能會導致核心進入死迴圈(panic)。例如，裝置驅動程式中 出現的oops就幾乎不會導致系統進行死迴圈。

當出現一個oops時，系統就會顯示出用於偵錯問題的相關資訊，比如所有CPU暫存器 中的內容以及頁描述符表的位置等，尤其會象下面那樣列印出EIP(指令指標)的內容：

EIP: 0010:[<00000000>]

Call Trace: []

一個Oops與System.map檔案有什麼關係呢?

我想你也會認為EIP和Call Trace所給出的資訊並不多，但是重要 的是，對於核心開發人員來說這些資訊也是不夠的。由於一個符號並沒有固定的地址， c010b860可以指向任何地方。

為了幫助我們使用oops含糊的輸出，Linux使用了一個稱為klogd(核心紀錄檔後臺程式)的 後臺程式，klogd會擷取核心oops並且使用syslogd將其記錄下來，並將某些象c010b860 的資訊轉換成我們可以識別和使用的資訊。換句話說，klogd是一個核心訊息記錄器(logger)， 它可以進行名字-地址之間的解析。一旦klogd開始轉換核心訊息，它就使用手頭的記錄器， 將整個系統的訊息記錄下來，通常是使用syslogd記錄器。

為了進行名字-地址解析，klogd就要用到System.map檔案。我想你現在 知道一個oops與System.map的關係了。

深入說明： 其實klogd會執行兩類地址解析活動。

• 靜態轉換，將使用System.map檔案。
• 動態轉換，該方式用於可載入模組，不使用System.map，因此與本討論沒有關係，但我仍然對其加以簡單說明。

Klogd動態轉換
假設你載入了一個產生oops的核心模組。於是就會產生一個oops訊息，klogd就會截獲它，並行現該oops發生在d00cf810處。由於該地址屬於動態載入模組，因此在System.map檔案中沒有對應條目。klogd將會在其中尋找並會毫無所獲，於是斷定是一個可載入模組產生了oops。此時klogd就會向核心查詢該可載入模組輸出的符號。即使該模組的編制者沒有輸出其符號，klogd也起碼會知道是哪個模組產生了oops，這總比對一個oops一無所知要好。

還有其它的軟體會使用System.map，我將在後面作一說明。

System.map應該位於什麼地方?

System.map應該位於使用它的軟體能夠尋找到的地方，也就是說，klogd會在什麼地方尋找它。在系統啟動時，如果沒有以一個引數的形式為klogd給出System.map的位置，則klogd將會在三個地方搜尋System.map。依次為：

1. /boot/System.map
2. /System.map
3. /usr/src/linux/System.map

System.map 同樣也含有版本資訊，並且klogd能夠智慧化地搜尋正確的map檔案。例如，假設你正在執行核心2.4.18並且相應的map檔案位於/boot/System.map。現在你在目錄/usr/src/linux中編譯一個新核心2.5.1。在編譯期間，檔案 /usr/src/linux/System.map就會被建立。當你啟動該新核心時，klogd將首先查詢 /boot/System.map，確認它不是啟動核心正確的map檔案，就會查詢 /usr/src/linux/System.map, 確定該檔案是啟動核心正確的map檔案並開始讀取其中的符號資訊。

幾個注意點:

• 在2.5.x系列核心的某個版本，Linux核心會開始untar成linux-version，而非只是linux (請舉手表決 -- 有多少人一直等待著這樣做?)。我不知道klogd是否已經修改為在/usr/src/linux-version/System.map中搜尋。TODO：檢視klogd原始碼。

• 線上手冊上對此也沒有完整描述，請看：

  strace -f /sbin/klogd | grep 'System.map'

  31208 open("/boot/System.map-2.4.18", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 2
  
  顯然，不僅klogd在三個搜尋目錄中尋找正確版本的map檔案，klogd也同樣知道尋找名字為 "System.map" 後加"-核心版本"，象 System.map-2.4.18. 這是klogd未公開的特性。

有一些驅動程式將使用System.map來解析符號(因為它們與核心頭連線而非glibc庫等)，如果沒有System.map檔案，它們將不能正確地工作。這與一個模組由於核心版本不匹配而沒有得到載入是兩碼事。模組載入是與核心版本有關，而與即使是同一版本核心其符號表也會變化的編譯後核心無關。

還有誰使用了System.map?

不要認為System.map檔案僅對核心oops有用。儘管核心本身實際上不使用System.map，其它程式，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

以及其它許多軟體，象dosemu，需要有一個正確的System.map檔案。

如果我沒有一個好的System.map，會發生什麼問題?

假設你在同一台機器上有多個核心。則每個核心都需要一個獨立的 System.map檔案！如果所啟動的核心沒有對應的System.map檔案，那麼你將定期地看到這樣一條資訊：

System.map does not match actual kernel (System.map與實際核心不匹配)

不是一個致命錯誤，但是每當你執行ps ax時都會惱人地出現。有些軟體，比如dosemu，可能不會正常工作。最後，當出現一個核心oops時，klogd或ksymoops的輸出可能會不可靠。

我如何對上述情況進行補救?

方法是將你所有的System.map檔案放在目錄/boot下，並使用核心版本號重新對它們進行命名。假設你有以下多個核心：

• /boot/vmlinuz-2.2.14
• /boot/vmlinuz-2.2.13

那麼，只需對應各核心版本對map檔案進行改名，並放在/boot下，如：

/boot/System.map-2.2.14
/boot/System.map-2.2.13

如果你有同一個核心的兩個拷貝怎麼辦？例如：

• /boot/vmlinuz-2.2.14
• /boot/vmlinuz-2.2.14.nosound

最佳解決方案將是所有軟體能夠查詢下列檔案：

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

但是說實在的，我並不知道這是否是最佳情況。我曾經見到搜尋"System.map-kernelversion"，但是對於搜尋"System.map-kernelversion.othertext"的情況呢? 我不太清楚。此時我所能做的就是利用這樣一個事實：/usr/src/linux是標準map檔案的搜尋路徑，所以你的map檔案將放在：

• /boot/System.map-2.2.14
• /usr/src/linux/System.map (對於nosound版本)

你也可以使用符號連線：
System.map-2.2.14
System.map-2.2.14.sound
System.map -> System.map-2.2.14.sound