2019-2020-1 20209329《Linux内核原理与分析》第四周作业
《Linux内核原理与分析》第四周作业
一、启动menu系统
在实验楼的配置环境打开shell，内核启动完成后将进入menu程序
cd ~/LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
二、跟踪调试内核
在shell中输入以下命令
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：
# 1. -S
# -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# 2. -s
# -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
创建多一个窗口，方便调试
在下面的窗口，输入以下命令调试内核
# 打开 GDB 调试器
$ gdb
# 在 GDB 中输入以下命令：
# 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux
# 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
（gdb）target remote:1234
# 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后
（gdb）break start_kernel
断电设置好后，输入c,继续运行，程序将在函数start_kernel暂停
使用list，查看函数start_kernel的上下文
继续在rest_init处设置断点，然后输入c，开始调试
使用list，查看函数rest_init的上下文
start_kernel执行过程
1.调用sched_init()函数来初始化调度程序
2.调用build_all_zonelists()函数俩初始化内存管理
3.调用page_alloc_init()函数来初始化伙伴系统分配程序
4.调用trap_init()函数和init_IRQ()函数以初始化IDT
5.调用softing_init()函数初始化TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ（软中断）
6.调用time_init（）初始化系统日期时间
7.调用kmem_cache_init()函数初始化slab分配器（普通和高速缓存）
8.调用calibrate_delay()函数用于确定CPU时钟（延迟函数）
9.调用kernel_thread()函数为进程1创建内个线程，这个内核线程又会创建其他的内核线程并执行/sbin/init程序
10.在start_kernel（）开始执行之后会显示linux版本，除此之外，在init程序和内核线程执行的最后阶段还会显示很多其他信息。最后，就会在控制台上出现熟悉的登陆提示，通知用户Linux内核已经启动正在运行。
三、分析结果
start_kernel()函数在main.c中起充当main函数的作用，在此函数被调用之前，内核代码主要是用汇编语言写的，用于完成硬件系统的初始化工作。在start_kernel函数在开始运行后，它会调用各个内核模块的初始化函数，主要包括：trap_init()中断向量初始化，mm_init()内存管理初始化，sched_init()调度模块初始化等，在整个的初始化过程中有一个init_task，它是一个进程描述符，负责内核模块的初始化，也就是0号进程，0号进程会新建kernel_init线程（1号内核线程）和kthreadd线程（2号内核线程），初始化工作完成后，init_task()调用cpu_idle()转化为ideal空进程。
0号进程由系统自动创建, 运行在内核态，其前身是系统创建的第一个进程，也是唯一一个没有通过fork或者kernel_thread产生的进程。完成加载系统后，演变为进程调度、交换。
1号进程由idle通过kernel_thread创建，在内核空间完成初始化后，加载init程序，由0进程创建，完成系统的初始化，是系统中所有其它用户进程的祖先进程。Linux中的所有进程都是有init进程创建并运行的。首先Linux内核启动，然后在用户空间中启动init进程，再启动其他系统进程。在系统启动完成完成后，init将变为守护进程监视系统其他进程。
2号进程由idle通过kernel_thread创建，并始终运行在内核空间, 负责所有内核线程的调度和管理。它的任务就是管理和调度其他内核线程kernel_thread, 会循环执行一个kthread的函数，该函数的作用就是运行kthread_create_list全局链表中维护的kthread, 当我们调用kernel_thread创建的内核线程会被加入到此链表中，因此所有的内核线程都是直接或者间接的以kthreadd为父进程。
