Linux内核分析-构造一个简单的Linux系统MenuOS

构造一个简单的Linux系统MenuOS

linux内核目录结构

• arch目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。它下面的每一个子目录都代表一种Linux支持的体系结构，例如i386就是Intel CPU及与之相兼容体系结构的子目录。PC机一般都基于此目录。

• include目录包括编译核心所需要的大部分头文件，例如与平台无关的头文件在include/linux子目录下。

• init目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码），有main.c和Version.c两个文件。这是研究核心如何工作的好起点。

• mm目录包含了所有的内存管理代码。与具体硬件体系结构相关的内存管理代码位于arch/*/mm目录下。

• drivers目录中是系统中所有的设备驱动程序。它又进一步划分成几类设备驱动，每一种有对应的子目录，如声卡的驱动对应于drivers/sound。

• ipc目录包含了核心进程间的通信代码。

• modules目录存放了已建好的、可动态加载的模块。

• fs目录存放Linux支持的文件系统代码。不同的文件系统有不同的子目录对应，如ext3文件系统对应的就是ext3子目录。

• Kernel内核管理的核心代码放在这里。同时与处理器结构相关代码都放在arch/*/kernel目录下。

• net目录里是核心的网络部分代码，其每个子目录对应于网络的一个方面。

• lib目录包含了核心的库代码，不过与处理器结构相关的库代码被放在arch/*/lib/目录下。

• scripts目录包含用于配置核心的脚本文件。

• documentation目录下是一些文档，是对每个目录作用的具体说明。

QEMU是一个面向完整PC系统的开源仿真器。在本次实验中它就起到仿真一个Linux系统的作用。

• -kernel 引用一个linux内核
• -initrd 初始化一个临时的RAM磁盘，是系统引导过程中挂载的一个临时文件系统。

start_kernel

• start_kernel函数之前的内容基本都是汇编语言，而从该函数开始内核进入c语言部分，功能则是内核主要功能的初始化。
• 步骤如下：
  • smp_setup_processor_id(); 制定当前cpu的逻辑号，当系统中只有一个cpu的情况，则此函数不做出操作
  • lockdep_init(); 初始化内核依赖的关系表(hash表）
  • localirq_disable(); 关闭当前CPU中断
  • early_boot_irqs_off()； early_boot_irqs_enabled，通过该标记可以让我们知道是否在early bootup code。
  • early_init_irq_lock_class(); 设置所有IRQ描述符的锁是统一的锁还是各有各的小锁
  • lock_kernel(); 获得大内核锁，该锁可以用来锁定整个内核。
  • time_init(); 初始化tick控制功能，注册clockevents的框架
  • **boot_cpu_init(); **设置第一个CPU核为活跃CPU核。若系统为单CPU核系统，则设置仅有的CPU为活跃CPU核。
  • printk(KERN_NOTICE)； printk(linux_banner);输出打印版本信息。
  • setup_arch(&command_line); 设置与初始化硬件体系相关的环境并调用
  • setup_per_cpu_areas(); 每个cpu分配pre-cpu结构内存
  • sched_init(); 进程调度器初始化
  • **preempt_disable(); **内核的抢占
  • printk(boot_command_line); 提取分析核心启动参数过程（从bootloader中传递）
  • **build_all_zonelists(); **建立系统内存页区(zone)链表
  • printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s/n", boot_command_line); 打印Linux启动命令行参数
  • parse_early_param(); 解析早期格式的内核参数
  • trap_init(); 设置CPU的异常处理函数。
  • init_IRQ(); 初始化IRQ中断和终端描述符。
  • pidhash_init(); 初始化hash表
  • init_timers(); 初始化定时器Timer相关的数据结构。
  • hrtimers_init(); 对高精度时钟进行初始化。
  • softirq_init(); 初始化软中断。
  • time_init(); 初始化系统时间
  • profile_init();对内核的一个性能测试工具profile进行初始化。
  • local_irq_enable(); 使能IRQ中断
  • console_init(); 初始化控制台以显示printk的内容
  • 接下来就是执行rest_init()；

进程产生

• 从rest_init()开始，Linux系统就开始产生进程，通过kernel(kernel_init,NULL,CLONE_FS)启动内核进程kernel_init，也就是1号进程，它管理调度其他的内核进程，并由kthread_create_list全局链表管理其内核线程列表。
• 接着创建二号进程kthreadadd()
• 当系统没有进程需要执行的时候，就会调度到idle进程，也就是0号进程，它自系统开始运作时便一直存放于系统之中。在某种角度来说，它创建了1号进程和其他的进程。

实验截图

• 设置start_kernel的断点与rest_init的断点
  
• 运行至rest_init处时的系统运行图
  
• rest_init函数处的上下文
  
• start_kernel函数处的上下文
  

参考文献

• 《linux内核文件目录结构》：http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ec78da90100g9iw.html

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