2020-2021-1 20209316《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、实验：跟踪分析Linux内核的启动过程
1、在终端输入以下命令
cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
可得
2、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参数:freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
即启动后冻结CPU - -S参数：shorthand for -gdb tcp::1234
即选择端口1234启动
另开终端窗口，进入Linuxkernel目录下输入gdb，在gdb下设置断点
进行以下调试
file linux-3.18.6/vmlinux //加载符号表
target remote:1234 //建立gdb和gdbserver之间的连接
break start_kernel //设置断点
c //让qemu上的linux继续运行
break rest_init //设置另一个断点
c //继续执行
可得
二、分析实验与学习知识
1、分析start_kernel函数的执行过程
在终端输入
cd LinuxKernel/linux-3.18.6/init
找到main.c#500
start_kernel代码如下图
各个函数作用：
sched_init()：初始化调度模块
build_all_zonelists()：初始化内存管理
page_alloc_init()：初始化伙伴系统分配程序
trap_init()、init_IRQ()：初始化中断向量
mm_init()：初始化内存管理模块
softing_init()：软中断，初始化TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ
time_init()：初始化系统日期时间
kmem_cache_init()：普通和高速缓存，初始化slab分配器
calibrate_delay()：延迟函数，用于确定CPU时钟
kernel_thread()：为进程1创建内核线程，这个内核线程又会创建其他的内核线程并执行/sbin/init程序。所有内核线程都是直接或间接地以kthreadd为父进程的
kthreadd()：管理和调度其他内核线程kernel_thread
所以经过分析，知道其执行过程
调用sched_init()函数初始化调度程序
调用build_all_zonelists()函数初始化内存管理
调用page_alloc_init()函数初始化伙伴系统分配程序
调用trap_init()、init_IRQ()函数初始化IDT
调用softing_init()函数初始化TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ（软中断）
调用time_init（）初始化系统日期时间
调用kmem_cache_init()函数初始化slab分配器（普通和高速缓存）
调用calibrate_delay()函数用于确定CPU时钟
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
在start_kernel（）开始执行之后会显示linux版本，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。
2、分析Linux 内核启动过程
最初执行的进程即是0号进程init_task，它是在系统初始化阶段由start_kernel()函数从无到有手工创建的一个内核线程，进程0在创建1号内核线程kernel_init后，调用cpu_idle()成为idle进程，而idle进程就是当系统没有进程需要执行的时候来调度用的。1号内核进程负责执行内核的部分初始化工作及进行系统配置，然后使用kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS)函数（也就是fork方式）建立了pid=1的1号进程，也是init进程（用户态1号进程），成为系统中的其他所有进程的祖先进程，当调度程序选择到init进程时，init进程继续完成剩下的初始化工作。然后调用kernel_thread执行kthreadd，创建PID为2的内核线程，这一进程始终运行在内核空间，负责所有内核线程的调度和管理。
3、Linux内核源码目录结构
- arch：用于存放CPU体系结构的相关代码。
- block：存放Linux存储体系中关于块设备管理的代码。
- crypto：存放常见的加密算法的C语言代码。
- Documentation：存放一些文档。
- drivers：驱动目录，分类别存放了Linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
- firmware：固件。
- fs：文件系统，存放了Linux支持的各文件系统的实现。
- include：头文件目录，存放公共的头文件。
- init：存放Linux内核启动时的初始化代码。
- lib：存放Linux的共用库文件。
- mm：存放内存管理。
- net：存放Linux网络的相关代码。
三、总结
本周学习了怎么构造一个简单的Linux内核，并通过gdb跟踪调试内核启动。通过阅读内核源码，学习了内核启动需要调用的函数的过程及步骤，受益匪浅。
