20169211《Linux内核原理与分析》第五周作业

1.在自己的linux系统中搭建实验环境；

2.使用GDB调试内核跟踪启动过程；

3.分析start_kernel的代码。

1.在自己的linux系统中搭建实验环境

1.1 下载linux-3.18.6的内核源码，并且编译

cd ~/LinuxKernel/  wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.18.6.tar.xz
xz -d linux-3.18.6.tar.xz
tar -xvf linux-3.18.6.tar
cd linux-3.18.6
make i386_defconfig
make # 一般要编译很长时间，少则20分钟多则数小时

1.2 制作根文件系统

cd ~/LinuxKernel/
mkdir rootfs
git clone  https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static –lpthread
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img

1.3 启动MenuOS

cd ~/LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

2.使用GDB调试内核跟踪启动过程。

在使用gdb跟踪调试内核之前需要先重新配置编译Linux使其携带调试信息。 由于make menuconfig需要ncurses-dev和tk4-dev库。 所以我们先输入命令sudo apt-get install ncurses-dev 和sudo apt-get install tk4-dev，然后输入make menuconfig进入Kernel Configuration界面 。

选择Kernel hacking进入

选择Compile-time checks and compilr options —>进入

按Y选择Compile the kernel with debug info 然后执行make重新编译内核。 编译完成之后输入以下的命令，让CPU冻结在开始的时候。

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S # 关于-s和-S选项的说明：
# -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# -s shorthand for -gdb tcp::1234 若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项

然后打开GDB远程调试，另外开启一个终端 ，输入gdb

（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
（gdb）break start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后

在start_kernel设上断点，然后 ，(gdb)c 继续执行到达断点处 ，输出(gdb)list显示出上下文

我们继续设置断点, break rest_init() ，然后输入c执行到断点处 ，然后输入list显示出上下文。

代码分析补充

3.分析start_kernel的代码

从 start_kernel 开始到 init 进程启动

set task stack end magic() #为了检测栈溢出

smp setup processor_id（） #设置对称多处理器

cgroup init early () #初始化 Control Groups

page address init() #页地址初始化（属于内存管理部分）

setup log buf () #初始化log 缓冲区（kernel/printk/printk.c）

pidhash_init ()	#初始化 pid 哈希表

trap_init () #初始化中断向量

mm_init () #内存管理初始化

sched_init () #调度服务初始化

rest_init() #剩余初始化

- kernel_init:init进程
- kthreadd:内核线程
- cpu_idle进程：代码中一直循环，如果系统中没有可执行的进程时，执行 idle 进程

总结

在 start kernel执行到最后部分时，在 rest init 中 新建了kernel_init 进程， kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); ，init 进程是系统中的1号进程，是以后所有用户态进程的祖先，然后新建kthreadd进程， pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES); ，kthreadd 作为2号进程，是所有内核线程的祖先，在 cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE) 中，是一个 while（1） 循环，始终有一个 idle 进程在执行，如果系统还总没有任何可以执行的进程时，idle 进程会执行。

最后引用孟宁老师的一段话：

道生一：（start kernel）

二生三：（即0，1，2号进程）

三生万物：（1号进程是所有用户态进程祖先，2号进程是所有内核线程祖先）