Linux 基础
实验三
一.实验过程
1.内核源代码编译
mkdir LinuxKernel
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_defcongig
make
2.制作根文件系统
mkdir rootfs
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc -pthread -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img
gdb跟踪调试内核启动过程
①启动内核：
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) 在系统启动的时候冻结CPU，使用c键继续执行后续操作
-s shorthand for -gdb tcp::1234 打开远程调试端口，默认使用tcp协议1234端口，若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项。
指令的作用是在开始的时候就让CPU停止在启动的那一刻，我们可以看到如下的界面:
接着进入gdb:
gdb
（gdb）filelinux-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）breakstart_kernel # 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后
断点源代码如图：
3.添加指令
//在test.c中添加hello函数并在main函数中添加相应的menuconfig
int hello(int argc, char *argv[]){
printf("hello20209308\n");
return 0;
}
int main()
{
PrintMenuOS();
SetPrompt("MenuOS>>");
MenuConfig("hello","myhello",hello);
ExecuteMenu();
}
更改代码后重新执行
make
gcc -pthread -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img
将代码的变化更新到rootfs.img镜像中，这样在qemu中才会有新指令。
二.实验代码分析
1.0号进程的创建
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
//命令行，存放bootloader传递过来的参数
char *command_line;
char *after_dashes;
/*
* Need to run as early as possible, to initialize the
* lockdep hash:
*/
lockdep_init(); //初始化内核调试模块
set_task_stack_end_magic(&init_task);//init_task即手工创建的PCB
smp_setup_processor_id(); //获取当前CPU的硬件ID
debug_objects_early_init(); //初始化哈希桶
/*
* Set up the the initial canary ASAP:
*/
boot_init_stack_canary(); //防止栈溢出
cgroup_init_early();
void lockdep_init(void) 函数，lockdep是一个内核调试模块，用来检查内核互斥机制（尤其是自旋锁）潜在的死锁问题。接下来是看到init_task，其在文件linux-3.18.6/init/init_task.c中定义如下：
struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task);
可见它其实就是一个task_struct，与用户进程的task_struct一样。相当于《Linux内核分析(二)》中的PCB结构体。
init_task中保存了一个进程的所有基本信息，如进程状态，栈起始地址，进程号pid等，其特殊之处在于它的pid=0，也就是通常所说的0号进程，0号进程就是我们这样通过手工创建出来的。也就是start_kernel()创建了0号进程。
0号进程的任务范围是从最早的汇编代码一直到start_kernel()的执行结束。
2.1号进程的创建
static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
int pid;
rcu_scheduler_starting();
//很重要，创建一个内核线程，PID=1，创建好了，但不能去调度它
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
numa_default_policy();
...
}
在rest_init()函数中有这样一句话：
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
其中kernel_thread()的源码在文件linux-3.18.6/kernel/fork.c中定义，如下：
pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
{
return do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED, (unsigned long)fn,
(unsigned long)arg, NULL, NULL);
}
这里相当于fork出了新进程来执行kernel_init()函数。
3.0号进程的转变
static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
int pid;
rcu_scheduler_starting();
//很重要，创建一个内核线程，PID=1，创建好了，但不能去调度它
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
numa_default_policy();
//很重要，创建第二个内核线程，PID=2，负责管理和调度其它内核线程。
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);
init_idle_bootup_task(current);
schedule_preempt_disabled();
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}
rest_init()在创建了1号、2号进程之后，系统可以正式对外工作了。
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE)实际是一个while无限循环，也就是说，0号进程在fork了1号进程并且做了其余的启动工作之后，最后“进化”成为了idle进程。完成其使命，并一直处于内核态中无线循环。
三.遇到的问题
-
qemu无法正常使用：
- 下载qemu-system-i836代替可用
-
make menuconfig出错:
- 下载libncurses5-dev解决
