Linux内核分析——第三周学习笔记20135308

第三周 构造一个简单的Linux系统MenuOS

计算机三个法宝：

1、存储程序计算机

2、函数调用堆栈

3、中断

操作系统两把宝剑：

1、中断上下文的切换：保存现场和恢复现场

2、进程上下文的切换

一、阅读Linux内核代码

本周我们要学习如何阅读Linux内核源代码，首先打开Lstest Stable Kernel:linux-3.18.6

arch/目录在Linux内核中占有相当庞大的代码量，因为Linux支持很多CPU，这个arch/x86目录下的代码是我们重要关注的代码

根目录中比较关键的目录：

• Documentation/文档
• fs/文件系统
• init/内核启动相关的代码基本都在init目录下，里面的main.c是整个Linux内核启动的起点。它的起点是start_kernel

start_kernel函数相当于普通C程序的main函数

如上图所示，第500行这里就是初始化Linux内核的起点，之前的部分是汇编做硬件初始化。

• ipc/进程间通信
• kernel/Linux内核的核心代码在kernel目录中
• lib/公用的库文件
• mm/memmory management内存管理
• net/与网络相关的代码
• security/与安全相关的代码
• scripts/脚本

以上加粗的部分为我们重点关注的。

二、构造一个简单的Linux系统MenuOS

方法一：使用实验楼的虚拟机打开shell

linux-3.18.6.tar就是内核源代码，rootfs里面有用menu编译好的init可执行文件，rootfs.img是它生成的。

该系统支持三条命令：help、version和quit

输入help会有以下三条命令

使用gdb跟踪调试内核

输入以下命令

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s

-S表示：在CPU初始化之前，冻结CPU

-s表示在：1234端口上创建一个tcp接口

如图所示，是被冻结状态的。

水平分割，再打开一个shell窗口，输入gdb

这里注意：视频中孟老师是直接进入了LinuxKernel文件夹，我们要在实验楼中进入LinuxKernel再gdb，否则会显示找不到文件。

输入（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux

在targe remote之前加载符号表

Reading后，连接到刚启动的被冻结的linux系统，设置断点，把内核启动的起点start_kernel设为断点，在init/main.c文件中，第501行

输入c，回车，系统从冻结状态开始执行，启动。

输入list，可以看见start_kernel代码上下的这段代码

再设一个断点rest_init，按c继续执行

系统已经执行到rest_init

输入list，看rest_init前后的代码

在start_kernel尾部被调用

方法二：使用自己的Linux系统环境搭建MenuOS

首先，下载内核源代码编译内核，大概几百M

接下来，make，大概会make20多分钟

下面，制作根文件系统，我首先尝试了孟老师的第一种方法，在GitHub上注册账号，登录，然而显示Error 403

之后，我用第二种办法，在课程的“课件”页面，底部单击“下载附件”

下载menu.zip，并共享到虚拟机中去

继而，gcc编译

在rootfs文件夹出现了编译出的镜像文件

由于自己的虚拟机缺少配置，不能进行下去了

三、简单分析一下start_kernel

首先设置全局变量init task，相当于手工创建的PCB，0号进程就是最终的idle进程,0号进程创建了1号进程和其他线程

trap_init();初始化一些中断向量

mm_init() 内存管理模块

sched_init() 调度模块

其中，在x86中，设置了很多中断门

还设计系统陷阱门，系统调用的，也是一种中断

rest_init

kernel_init里面的run_init_process就是linux系统的1号进程，第一个用户态进程，默认根目录下的init程序

kernel_init不仅创建了1号进程，还创建了kthreadd内核线程，来管理系统资源

系统进入了内核启动rest_init,call into cpu_idle

这里的cpu_idle_loop就是进入了while（0）的无限循环，就是idle0号进程。它一直存在在系统中，当没有进程需要执行时，就调度到idle进程。

总结：rest_init就是start_kernel内核启动时一直存在，即为0号进程。0号进程创建了1号进程kernel_init以及其他的服务线程。“道生一（start_kernel....cpu_idle）、一生二（kernel_init和kthreadd）、二生三（即前面0、1和2三个进程）、三生万物（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）”，内核就启动了。