Linux笔记 · · By/蜜汁炒酸奶

《Linux内核分析》之构造一个简单的Linux系统MenuOS 实验总结

环境搭建与配置过程

个人Linux系统环境搭建MenuOS的过程

[toggle hide="yes" title="Linux系统环境搭建MenuOS的过程" color=""] 1、Linux系统环境搭建MenuOS的过程
# 下载内核源代码编译内核
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

# 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

# 启动MenuOS系统
cd ~/LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
2、重新配置编译Linux使之携带调试信息 在原来配置的基础上,make menuconfig选中如下选项重新配置Linux,使之携带调试信息
kernel hacking—>
[*] compile the kernel with debug info
make重新编译(时间较长) 3、使用gdb跟踪调试内核
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
另开一个shell窗口
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
[/toggle]

实验楼中的过程

[toggle hide="yes" title="实验楼中实验过程" color=""] 使用实验楼的虚拟机打开shell
cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
使用gdb跟踪调试内核
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
另开一个shell窗口
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
部分步骤如下图所示 [caption id="" align="aligncenter" width="308"] 没有-S和-s时[/caption] [caption id="" align="aligncenter" width="298"] 有-s和-S时[/caption] [caption id="" align="aligncenter" width="286"] gdb[/caption] [caption id="" align="aligncenter" width="284"] break start_kernel[/caption]   [caption id="" align="aligncenter" width="277"] 通过list查看break start_kernel后start_kernel前后文代码[/caption]   [/toggle]

相关代码分析

start_kernel函数

所在位置:xref: /linux-3.18.6/init/main.c 不管分析内核的哪一部分都会涉及到start_kernel
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
.......
/*init_task即手工创建的PCB,0号进程就是最终的idle进程*/
set_task_stack_end_magic(&init_task);
........
/*初始化中断向量*/
trap_init();
/*内存管理模块初始化*/
mm_init();
/*调度模块初始化*/
sched_init();
....
/*其他初始化*/
rest_init()
}
  trap_init();初始化一些中断向量, 主要分析函数所在地址: xref: /linux-3.18.6/arch/x86/kernel/traps.c rest_init();中包含内核启动过程 所在位置:xref: /linux-3.18.6/init/main.c  

rest_init()函数

从系统内核一启动,rest_init()会一直存在,是0号进程,并且创建了1号进程,并创建了一些其他的服务进程*/
static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
        int pid;

        rcu_scheduler_starting();
        /*
         * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
         * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
         * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
         */
        /*初始化了第一个用户态的进程1号进程*/
        kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
        numa_default_policy();
        /*创建内核线程管理系统资源
         *kthreadd 为内核线程
         */
        pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
        rcu_read_lock();
        kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
        rcu_read_unlock();
        complete(&kthreadd_done);

        /*
         * The boot idle thread must execute schedule()
         * at least once to get things moving:
         */
        init_idle_bootup_task(current);
        schedule_preempt_disabled();
        /* Call into cpu_idle with preempt disabled */
        cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

kernel_init 

原语句:kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); 所在位置(非语句):xref: /linux-3.18.6/init/main.c 其中主要分析的代码所在的代码段
if (ramdisk_execute_command) {
		ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);
        if (!ret)
                	return 0;
        pr_err("Failed to execute %s (error %d)n",
	    ramdisk_execute_command, ret);
}
run_init_process  init_process为一号进程,第一个用户态进程

cpu_startup_entry

原语句:cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE); 所在位置(非语句):xref: /linux-3.18.6/kernel/sched/idle.c 其中主要分析的代码
cpu_idle_loop();
所在位置(非语句):xref: /linux-3.18.6/kernel/sched/idle.c 主要作用: cpu_idle_loop是一个while(1)循环,当系统没有进程需要执行时就调度到idle进程 其实是0号进程实现部分。 0号进程一直存在,并创建一号进程及其他服务的内核线程。

总结

Linux内核的启动,通过start_kernel()进行各种初始化工作,最终执行到rest_init()来初始化0号进程,同时0号进程创建1号用户态的进程以及其他服务的一些内核线程。然后操作系统就运行起来了。 windCoder原创作品转载请注明出处

参考资料

Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000  

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