Linux源代码阅读——环境准备
转自：http://home.ustc.edu.cn/~boj/courses/linux_kernel/0_prepare.html
目录
- Linux 系统环境准备
- 定制安装 Ubuntu
- 安装工具链
- 编译 Linux 内核
- 默认编译
- 自定义编译
- 模拟执行 Linux
- 用 qemu 模拟 Hello World 系统
- 准备源码阅读环境
- vim 基本设置
- 在 vim 中使用 cscope
- 在 vim 中使用 ctags
- 使用 taglist 显示 symbol 窗口
- Linux 内核源代码结构
1 Linux系统环境准备
1.1 定制安装Ubuntu
- 从科大源下载 Ubuntu Alternative CD，校验 MD5。
- 挂载 ISO，使用 preseed 文件来进行一些预定制，参考 http://pxe.ustc.edu.cn/boot/conf/preseed.debian.ustc.cfg（当然其中的 debian 需要改为 ubuntu，hostname 改成自己希望的主机名），指定安装所使用的源，以及其他一些预定义设置。
- 卸载ISO，使用 usb-creator-gtk 制作启动U盘。
- 使用 parted 分区：将硬盘的一个空闲 NTFS 分区删除；mkpartfs 建立一个ext2（用于/boot）、一个swap、一个ext4（用于根分区）。
- 从U盘启动，选择 Install a command-line system，设置键盘、分区等（其他设置已经写在 preseed 中了），安装基本系统，设置用户名密码。
- grub-mkimage 制作包含 reiserfs 模块的 grub2（原有的 linux 所在分区是 reiserfs 的），grub-mkconfig 更新 grub.cfg 配置文件。
- 安装 X（xserver-xorg）、GNOME 桌面环境（gdm、gnome-core、xinit、gnome-utils、synaptic）
- 安装中文语言包（language-pack-zh-base、language-support-fonts-zh、xfonts-wqy、language-selector），修改 locale
- 安装输入法（fcitx）、vim等
- 安装、设置声卡驱动（alsa）（特定硬件的驱动问题，采用网上的办法）
- 安装 ntfs-3g、wine 等系统工具，tcpdump、firefox、filezilla、amule 等网络工具，okular、chmsee、libreoffice 等办公工具
- 安装 ssh、nginx、php5-fpm、MySQL、memcached、vsftpd 等服务器需要的 daemon（网络开发用）
- apt-get clean 清除缓存
- 编辑 /etc/modules，开机加载 fuse（用户态文件系统）模块，以便使用 ntfs-3g
- 编辑 /etc/fstab 将 /dev/sda4（NTFS）自动挂载上，为方便 Windows 使用，学习资料等数据放在这个分区。
# <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass> proc /proc proc nodev,noexec,nosuid 0 0 # / was on /dev/sda2 during installation UUID=d993c54c-0602-48d2-935f-be9ac654f9a0 / ext4 errors=remount-ro 0 1 /dev/sda1 none swap sw 0 0 /dev/sda4 /media/DATA ntfs-3g silent,umask=0,locale=zh_CN.utf8 0 0
1.2 安装工具链
- 编译内核所需工具链：
- build-essential (gcc, make, ld等)
- binutils
- libncurses-dev (make menuconfig 时需要)
- kernel-package
- 模拟内核所需工具：
- qemu
- gdb
- fakeroot (chroot)
- initramfs-tools
- module-init-tools
2 编译Linux内核
2.1 默认编译
- 从 kernel.org 下载 Linux 2.6.26 源码，tar -zvxf
- make mrproper 清除所有已编译文件和配置文件
- make i386_defconfig 生成x86体系结构的默认配置。此过程首先HOSTCC、SHIPPED、HOSTLD一些配置文件，然后进入 Linux Kernel Configuration，与 make config 的命令行界面相同，只是所有选项都被自动选择了（具体参见 arch/x86/configs/i386_defconfig）。
- make 编译代码。由CC、LD、AR、AS、GEN、HOSTCC、OBJCOPY、BUILD等过程组成。其中有一些 warning，是因为代码不符合当前C标准，可以忽略。
BUILD arch/x86/boot/bzImage Root device is (8, 2) Setup is 10140 bytes (padded to 10240 bytes). System is 2651 kB CRC e3791c7 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#1)
2.2 自定义编译
- 每次更改配置重新编译前，make clean 清除上次编译的目标文件和中间文件，但保留配置文件以便在其基础上修改。
- make menuconfig 进入终端下的菜单选择。相比完全命令行界面的 config，用起来更方便；而图形界面的 xconfig 或 gconfig 虽然比较直观，但不便于使用键盘。
- 设置完毕，保存到 .config
- make 编译代码，生成的内核映像是 arch/x86/boot/bzImage
Root device is (8, 2) Setup is 10140 bytes (padded to 10240 bytes). System is 3063 kB CRC aa68b290 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#3) Building modules, stage 2. MODPOST 26 modules
- 由于我们是在虚拟机内运行而不是安装到本地系统，因此不需要 make install
具体设置参考：Linux 2.6.19.x 内核编译配置选项简介（金步国）
- General Setup
- 为 local version 赋予一个惟一的自定义版本号（如boj1），以免不同的内核发生混淆
- 选中 Auditing Support，以方便以后试验 SELinux
- 要选中 Initramfs，现在 Linux 启动一般都用 initramfs（原来的 initrd）
- Loadable Module Support
- modprobe 时需要使用
- 选中 Automatic kernel module loading，让内核通过运行 modprobe 来自动加载所需要的模块，自动解决模块的依赖关系
- Enable the block layer
- 块设备需要使用
- Large Block Device 暂时不需要，没有 2TB 以上的块设备
- Processor Type and Features
- 根据 /etc/cpuinfo，当前的CPU是 Intel(R) Core(TM) Duo CPU T2250 @ 1.73GHz
因此选择 Core 2/Newer Xeon。 - 由于只在自己的计算机上使用，取消 Generic x86 support。
- 由于自己的CPU是双核的，Maximum number of CPUs 设为2，每个CPU在内核映像中占据8KB。
- High Memory Support 选择 4G（由于内存是2.5G的）
- Timer Frequency 由于是桌面系统，对实时性要求较高，设为 1000Hz。
- 根据 /etc/cpuinfo，当前的CPU是 Intel(R) Core(TM) Duo CPU T2250 @ 1.73GHz
- Power management options
- 选中 Hibernation，以实现休眠功能
- Bus options
- 选中 PCI Express Support，显卡和网卡都需要
- Executable file formats
- Kernel support for MISC binaries 允许插入二进制的封装层到内核中，使用 Java 等语言编写的程序时需要它
- Networking Support
- Networking options
- 选中 Packet Socket 和 mmaped IO，以便使用网络监控工具。
- 选中 TCP Syncookie support，抵抗 SYN flood 攻击。需要同时启用 /proc 文件系统和 Sysctl support，然后在系统启动并挂载了 /proc 之后执行 "echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies" 命令。
- 选中 Network packet filtering，Netfilter 对数据包进行过滤和修改。
- 选中 IPv4/IPv6 connection tracking support，以使用 NAT。
- 选中 IP tables 和 ARP tables，经常需要用。其中选中 Full NAT 以便使用 iptables 中的 NAT 功能。
- 选中 IP6 tables support，监控 IPv6 协议需要用。
- 选中 Network Testing 中的 Packet Generator（编译为 pktgen 模块），方便网络测试。
- 选中 Ameteur Radio Support，因为我们要玩无线电。AX.25 协议编译为 ax25 模块。
- 将 IrDA (infrared) subsystem support 编译为 irda 模块，以便使用无线鼠标键盘。
- 选中 Bluetooth subsystem support，蓝牙经常要用。
- 选中 Generic IEEE 802.11 Networking Stack，wifi 等都是基于 802.11 的协议。
- Networking options
- Device Drivers
- Block Devices
- 取消 Normal Floppy Disk support，没有软驱
- 需要选中 RAM block device support，initrd 需要用。
Menuconfig Help 中说│ Saying Y here will allow you to use a portion of your RAM memory as │ a block device, so that you can make file systems on it, read and │ write to it and do all the other things that you can do with normal │ block devices (such as hard drives). It is usually used to load and │ store a copy of a minimal root file system off of a floppy into RAM │ during the initial install of Linux. Most normal users won't need the RAM disk functionality, and can thus say N here.
因此第一次配置时没有编译进内核，导致虚拟机无法启动：[ 0.776881] Unpacking initramfs...<0>Kernel panic - not syncing: bad gzip magic numbers
- ATA/ATAPI/MFM/RLL support
- 取消 Include IDE/ATA-2 DISK support
- SCSI device support
- 选中 RAID Transport Class，将来可能折腾 RAID
- Multiple devices driver support (RAID and LVM)
- 将 RAID support 及相关选项编译为模块，以使用软RAID。
- 选中 Device Mapper support，以使用 LVM。
- 取消 Macintosh device drivers
- Multimedia devices
- 选中 Video for Linux，以便进行摄像头编程
- Sound
- 选中 Advanced Linux Sound Architechture，计算机上的声卡需要用 ALSA。
- 取消 Open Sound System
- 选中 Real Time Clock，以便获取系统时间
- 选中 DMA Engine Support，以便使用 Direct Memory Access
- Block Devices
- Firmware Drivers
没有特殊固件，因此保留默认配置。 - File Systems
- ext2、ext3、ext4 都是 Linux 经典文件系统，经常需要用到，编译进内核
- ReiserFS 对于小文件的处理效率很高，有个存放各种源代码的分区用这个文件系统，编译进内核
- 选中 Filesystem in Userspace Support，ntfs-3g 是基于 fuse 的，这样不用每次开机都加载 fuse 模块。
- 微软文件系统：不选 NTFS 文件系统支持，内核中对于 NTFS 写的支持不好，使用用户态的 ntfs-3g 代替。
- 本地语言支持：默认本地语言设为 utf-8，选中 Codepage 437, GB2312, Big5, ASCII， ISO 8859-1, UTF-8.
- Kernel Hacking
- 选中 Show timing information on printks，方便内核调试
- 选中 Magic SysRq key，在紧急状态时使用 reisub 夺回系统控制权
- Security Options
暂时不需要其他安全模型，保留默认值，全不选。 - Cryptographic options
将 MD5、SHA1、Blowfish、DES 等常用加密算法编译为模块备用。 - Virtualization
电脑硬件不支持 KVM，因此不选。 - Library routines
保留默认值。
3 模拟执行 Linux
3.1 用 qemu 模拟 Hello World 系统
- 写一个 Hello World 程序：
[boj@boj-laptop:~/test]$ cat test.c #include<stdio.h> int main() { printf("Hello World!"); return 0; } - 静态链接编译
[boj@boj-laptop:~/test]$ gcc -static -o init test.c
- 建立目标根目录映像
[boj@boj-laptop:~/test]$ dd if=/dev/zero of=initrd4M.img bs=4096 count=1024 [boj@boj-laptop:~/test]$ mke2fs initrd4M.img [boj@boj-laptop:~/test]$ mkdir rootfs [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mount -o loop initrd4M.img rootfs
- 将init拷贝到目标根目录下
[boj@boj-laptop:~/test]$ cp init rootfs/
- 准备 /dev 目录、console 设备、linux 根设备（ram）
[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mkdir rootfs/dev [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mknod rootfs/dev/console c 5 1 [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mknod rootfs/dev/ram b 1 0 [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo umount rootfs
- 用 qemu 模拟运行
[boj@boj-laptop:~]$ qemu -kernel linux-2.6.26/arch/x86/boot/bzImage -initrd test/initrd4M.img -append "root=/dev/ram init=/init"
一段初始化后，输出了 Hello World，随即 Kernel Panic（因为 init 在输出字符串后就自行退出了）
[ 4.270006] Freeing unused kernel memory: 244k freed Hello World![ 4.326627] Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!
4 准备源码阅读环境
4.1 vim 基本设置
[boj@boj-laptop:~]$ cat ~/.vimrc set encoding=UTF-8 set langmenu=zh_CN.UTF-8 language message zh_CN.UTF-8 set fileencodings=ucs-bom,utf-8,cp936,gb18030,big5,euc-jp,euc-kr,latin1 set fileencoding=utf-8 sy on set ai set nu set shiftwidth=2 set tabstop=4 set softtabstop=4 set ic "搜索时忽略大小写，以便在某些“骆驼”变量名风格的源码中查找
4.2 在 vim 中使用 cscope
- 安装 CScope：
sudo apt-get install cscope
- 确认 vim 支持 cscope：
vim --version | grep cscope
- 给源代码建立索引：
cscope -Rbq
其中，ctags 递归的在每个目录下生成 tags 文件，供 vim 读取；cscope 生成 cscope.out
cscope.out: cscope reference data version 15 with inverted index
- 将以下内容添加到 ~/.vimrc 中，以自动加载 cscope.out。
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" " cscope setting if has("cscope") set csprg=/usr/bin/cscope "指定用来执行 cscope 的命令 set csto=1 "先搜索tags标签文件，再搜索cscope数据库 set cst "使用|:cstag|(:cs find g)，而不是缺省的:tag set nocsverb "不显示添加数据库是否成功 " add any database in current directory if filereadable(ncscope.out") cs add cscope.out "添加cscope数据库 endif set csverb "显示添加成功与否 endif nmap <C-@>s :cs find s <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>g :cs find g <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>c :cs find c <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>t :cs find t <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>e :cs find e <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>f :cs find f <C-R>=expand("<cfile>")<CR><CR> nmap <C-@>i :cs find i ^<C-R>=expand("<cfile>")<CR>$<CR> nmap <C-@>d :cs find d <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" -
根据上面的 .vimrc，使用简单的组合键和字母即可使用 cscope 的查找功能。
例如，<C-@>g 先按 ctrl+@，再按 g，即可查看当前光标所在符号的定义。
:cs help
- s: 查找 C 语言符号，即查找函数名、宏、枚举值等出现的地方
- g: 查找函数、宏、枚举等定义的位置，类似 ctags 所提供的功能
- d: 查找本函数调用的函数
- c: 查找调用本函数的函数
- t: 查找指定的字符串
- e: 查找 egrep 模式，相当于 egrep 功能，但查找速度快多了
- f: 查找并打开文件，类似 vim 的 find 功能
- i: 查找包含本文件的文件
4.3 在 vim 中使用 ctags
在源代码根目录下执行 ctags -R 命令用来为程序源代码生成标签文件，-R 选项表示递归操作，同时为子目录也生成标签文件。vim 利用生成的标签文件，可以进行相应检索、并在不同的文件中的C语言元素之间来回切换。
需要在 tags 文件所在的目录下运行 vim。否则，要用 :set tags=xxx 指定 tags 文件的路径。
使用 tag 命令时，可以使用 TAB 键进行匹配查找，继续按 TAB 键向下切换。
- 跳到函数或数据结构xxx处
:tag xxx
- 跳到第一个定义处，优先跳转到当前文件
:tnext
- 跳到第一个
:tfirst
- 跳到前 count 个
:[count]tprevious
- 跳到后 count 个
:[count]tnext
- 跳到最后一个
:tlast
- 在所有 tagname 中选择
:tselect tagname
- 跳到包含 block 的标识符
:tag /block
(这里 '/' 就是告诉 vim，'block' 是一个语句块标签。)
- 跳转到光标所在函数标识符的定义处
Ctrl+]
- 使用"ctrl+t"退回上层
Ctrl+t
- 在以 write_ 开头的标识符中选择
:tselect /^write_
这里，'^'表示开头，同理，'$'表示末尾。
在函数中移动光标的快捷键:
- [{ 转到上一个位于第一列的"{"
- }] 转到下一个位于第一列的"{"
- { 转到上一个空行
- } 转到下一个空行
- gd 转到当前光标所指的局部变量的定义
- * 转到当前光标所指的单词下一次出现的地方
- # 转到当前光标所指的单词上一次出现的地方
4.4 使用 taglist 显示 symbol 窗口
taglist 插件可以像 Source Insight 那样将当前文件中的宏、全局变量、函数等 tag 显示在 Symbol 窗口，用鼠标点上述 tag，就跳到该 tag 定义的位置；可以按字母序、该tag所属的类或scope，以及该 tag 在文件中出现的位置进行排序；如果切换到另外一个文件，Symbol 窗口更新显示这个文件中的 tag。taglist 依赖于 ctags。
- 打开 vim 的文件类型自动检测功能；
- 系统中装了 Exuberant ctags 工具，并且 taglist 能够找到此工具（因为 taglist 需要调用它来生成 tag 文件）；
- vim 支持 system() 调用；
- 在 ~/.vimrc 中加入
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" " ctags setting set tags=./tags,./../tags,./*/tags; " Tag list (ctags) filetype on "文件类型自动检测 if MySys() == "windows" "设定windows系统中ctags程序的位置 let Tlist_Ctags_Cmd = 'ctags' elseif MySys() == "linux" "设定linux系统中ctags程序的位置 let Tlist_Ctags_Cmd = '/usr/bin/ctags' endif let Tlist_Show_One_File = 1 "不同时显示多个文件的tag，只显示当前文件的 let Tlist_Exit_OnlyWindow = 1 "如果taglist窗口是最后一个窗口，则退出vim let Tlist_Use_Right_Window = 1 "在右侧窗口中显示taglist窗口 map <silent> <F8> :TlistToggle<cr> "在映射F8键打开tags窗口 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
上述配置过程参考了：http://www.cnblogs.com/sunblackshine/archive/2011/08/25/2152962.html
5 Linux 内核源代码结构
Linux 2.6.26 源码各目录大致作用：
- Documentation/ 内核文档，包括 CodingStyle 等
- include/子目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件，这个模块利用其它模块重建内核。每种体系结构有相应的子目录。
- init/ 子目录包含了内核的初始化代码，这是内核开始工作的起点。(main.c, function start_kernel)
- arch/ 子目录包含了所有硬件结构特定的内核代码，在 x86 体系结构下，包括 kernel、mm、lib 等子目录，分别是与体系结构相关的核心、内存管理、库代码。
- drivers/ 目录包含了内核中所有的设备驱动程序，如字符设备、块设备。
- fs/ 目录包含了所有文件系统的代码，如：ext2、vfat、proc。
- net/ 目录包含了内核的网络代码。
- mm/ 目录包含了所有的内存管理代码。
- ipc/ 目录包含了进程间通信的代码。
- kernel/ 目录包含了主内核代码
- lib/ 目录包含了与体系结构无关的内核库代码
- modules/ 目录包含了可动态加载的模块。
- Scripts/ 目录包含了配置核心的脚本文件。
Copyright © 2012 李博杰 PB10000603
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