2019-2020-1 20199319《Linux内核原理与分析》第四周作业

MenuOS的构造

基础知识

1、操作系统的两把宝剑：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。
2、Linux内核以A.B.C.D方式命名：A和B变得无关紧要，C是内核的真实版本，D是安全补丁和bug修复。
3、Linux内核源码的目录结构：

• arch：与体系结构相关的子目录列表。存放了许多CPU体系结构的相关代码，使Linux内核支持不同的CPU和体系结构。
• 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，如crc32、md5等。
• Documentation：存放文档。
• drivers：驱动目录。分门别类地存放了Linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
• fs：文件系统。列出了Linux支持的各种文件系统的实现。
• include：头文件目录。存放各种CPU体系结构共用的头文件。
• init：存放Linux内核启动时的初始化代码。其中的main.c源文件中的start_kernel是整个Linux内核启动的起点。
• ipc：Linux支持的IPC（进程间通信）的代码实现。
• kernel：存放内核本身需要的核心代码文件。
• lib：共用的库文件。内核编程中不能用C语言标准库函数。
• mm：存放Linux的内存管理代码。
• net：网络相关的代码，例如TCP/IP协议栈等。

构造一个简单的Linux内核

启动MenuOS

在实验楼中打开shell，执行以下两个命令：

cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

注：qemu仿真kernel；bzImage是vnLinux经过gzip压缩后的文件，是压缩的内核映像；initrd是内存根文件系统；linux-3.18.6是内核源代码的目录；rootfs是编译好的文件系统。
启动结果如下：

跟踪调试Linux内核的启动过程

使用gdb跟踪调试内核，需要两个参数：

• -s：在1234端口上创建了一个gdb-server。
• -S：使CPU初始化之前冻结起来。

启动内核

用以下命令启动内核，可以看到它被冻结起来。

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

建立连接

再打开一个窗口进行水平分割，输入以下命令，启动gdb，用gdb把带有符号表的内核镜像加载进来，然后连接gdb server。

gdb
file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

设置断点

在start_kernel处设置断点，按“c”则继续执行，系统启动执行到start_kernel函数的位置停在断点处。

设置断点rest_init，继续执行然后停在断点处，rest_init是在start_kernel的尾部进行调用的。

start_kernel()

main.c中没有main函数，start_kernel()相当于C语言中的main函数。 start_kernel是一切的起点，几乎涉及了内核的所有主要模块。

总结

内核在启动过程中，init_task()即0号进程创建init进程，调用cpu_idle()演变成idle进程，执行一次调度后，init进程运行。kernel_init()1号内核线程执行内核的部分初始化工作及进行系统配置，最后调用do_execve加载init程序，演变成init进程即内核启动的第一个用户态进程。kthreadd()2号内核线程，是所有内核态其他守护线程的父线程，始终运行在内核空间。