【MOOC EXP】Linux内核分析实验三报告

 程涵 

原创博客

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

【跟踪分析Linux内核的启动过程】 

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知识点梳理

Linux内核源代码

arch：支持不同的CPU的源代码，其中的关键目录包括：Documentation、drivers、firewall、fs、include等
documentation：文档目录
fs：文件系统
init：内核启动相关的代码main.c、Makefile等基本都在该目录中。（main.c中的start_ kernel函数是Linux内核启动的起点，即初始化内核的起点）
kernel：Linux内核核心代码在kernel目录中。
lib：公用的库文件
mm：内存管理的代码
scripts：与脚本相关的代码
security：与安全相关的代码
sound目录：与声音相关的代码
tools目录：与工具相关的代码
net：与网络相关的代码
readme：介绍了什么是Linux，Linux能够在哪些硬件上运行，如何安装内核源代码等
……

 

实验过程及截图

1.使用实验楼的虚拟机打开shell

cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

2.内核启动完成后进入menu程序，支持三个命令help、version和quit。

• 启动实验的Linux系统MenuOS，实际上就是一个在Linux内核的基础上，再运行一个简单菜单命令行程序。

• 在MenuOS>的提示符下输入help，看到其全部支持的命令：help、version、quit。

3.使用gdb跟踪调试内核

qemu -kernel linux-3.18./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:: 若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项

4.另开一个shell窗口

编译的目的就是生成自带内核中没有的符号表。符号是全局变量、函数名，符号表即名字与地址一一对应。

gdb
（gdb）file linux-3.18./vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）target remote: # 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

（gdb）file linux-3.18./vmlinux
# 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）target remote:
# 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
# 在start_kernel函数入口处设置断点
（gdb）c
# 使得系统运行到start_kernel处停住
（gdb）list
# 显示当前行所在位置上下的代码

简单分析一下start_kernel

不管分析内核的哪一部分都会涉及到start_kernel，都会在init初始化。

1、全局变量init_task

手工创建的PCB，0号进程即最终的idle进程。

2、trap_init

涉及到中断，初始化一些中断向量

set_intr_gate：设置中断门

set_system_trap_gate：系统陷阱门SYSCALL VECTOR

3、mm_init

内存管理模块初始化

4、sched_init

调用进程调度初始化

5、rest_init

kernel_init:创建1号进程

第一个用户态进程：init_process，1号进程，找默认路径下的程序作为1号进程

kthreadd:内核线程，用来管理系统资源

当系统没有进程需要执行时就调度idle进程，即0号进程，一直存在。

注意：init_process是一号进程。