2019-2020-1 20199301《Linux内核原理与分析》第四周作业

Week4 MenuOS的构造

一、上周复习

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计算机的三大法宝： - 存储程序计算机； - 函数调用堆栈； - 中断。 操作系统的两把宝剑： - 中断上下文—保存现场和恢复现场 - 进程上下文

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二、Linux内核源代码简介

• Linux内核的版本号按照A,B,C的方式命名：
  • A代表大幅度转变的内核
  • B代表重大修改的内核
  • C指轻微修改的内核（C是内核的真实版本）
  • D是安全补丁和bug修复

Linux内核源代码的根目录

• arch
  • arch目录中的代码在Linux内核代码中占比相当庞大
  • arch/x86目录下的代码是需要重点关注的，arch下其他目录可以删掉。
• block
  • 存放Linux存储体系中关于块设备管理的代码。
    crypto
  • 存放常见的加密算法的C语言代码
• Documentation
  • 存放一些文档
• dirvers
  • 驱动目录，里面分门别类地存放了Linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码
• firmware
  • 固件
• fs
  • 文件系统，里列出了Linux支持的各种文件系统的实现
• include
  • 头文件目录，存放公共的（各种CPU体系结构公用的）头文件
• init（关键目录）
  • init是初始化的意思，存放Linux内核启动时的初始化代码。内核启动相关的基本代码基本都在init目录下，
    main.c 文件中有一个start_kernel函数，初始化Linux内核的起点，这个函数相当于普通c程序的main函数
• ipc
  • 进程间通信，ipc目录里面是Linux支持的IPC的代码实现
• kernel目录
  • 存放内核本身需要的一些核心代码文件
• lib
  • 公用的库文件，里面是一些公用的库函数
• mm
  • mm是memory management，即内存管理，存放Linux的内存管理代码
• net
  • 该目录下是网络相关的代码
• 此外还有一些与声音、安全、脚本、工具相关的目录。

三、构造Linux系统MenuOS

cd LinuxKernel
qemu -kernel linux3.18.6/arch/x86/boot/bzImage --initrd rootfs.img

四、跟踪调试Linux内核的启动过程

qemu -kernel linux3.18.6/arch/x86/boot/bzImage --initrd rootfs.img -S -s

启动gdb

file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

五、简单分析start_kernel

1、init/main.c -> stat_kernel

• start_kernel是一切的起点，start_kernel相当于C语言中的main函数。
• tart_kernel()是内核的汇编与Ｃ语言的交接点，在该函数以前，内核的代码都是用汇编写的，完成一些最基本的初始化与环境设置工作。
• 在start_kernel()中Linux将完成整个系统的内核初始化。内核初始化的最后一步就是启动init进程，这个所有进程的祖先。

2、一些init函数

（1）、init_task

• 全局变量init_task，即手工创建的PCB，0号进程初始化，0号进程就是最终的idle。

（2）、初始化一些中断向量 trap_init()

• 中断向量表的初始化函数，设置了很多中断门

（3）、内存管理模块初始化 mm_init（）

（4）调度模块初始化 sched_init（）

• 函数内做了很关键的一步初始化——对0号进程，即idle进程进行初始化。

（5）其它模块初始化 rest_init（）

• 注：内核中并没有线程的概念，这里创建的init是一个任务(进程)。如果把系统当成是一个大进程，那么init进程就相当于大进程中的一个线程，因为内核中的进程调度会为每一个像init进程分配时间片来执行。

六、总结

• 在init目录下main.c里找到start_kernel函数有一个全局变量init_task，即手工创建的PCB，0号进程即最终的idle进程。
• 1号进程是所有用户态进程的祖先，2号进程是所有内核线程的祖先
• 内核启动过程：rest_init()就是一个0号进程，在start_kernel内核一启动时就一直存在；然后这个0号进程就创建了1号进程kernel_init，接下来还创建了其他的一些服务类的内核线程如kthreadd。这样整个系统就启动起来了。