2018-2019-1 20189203《Linux内核原理与分析》第四周作业

第一部分 课本学习

  • 内核版本号:Linux内核自2013年12月起,就以A.B.C.D的方式命名。A和B变得无关紧要,C是内核的真实版本。每一个版本的变化都会带来新的特性,如内部API的变化等,改动的代码数量常常上万行。D是安全补丁和bug修复。
  • 几个关键的目录:
    Arch:与体系结构相关的子目录列表。
    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,里面分门别类地存放了Linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
    Firmware:固件。
    Fs:文件系统,里面列出了Linux支持的各种文件系统的实现。
    Include:头文件目录,存放公共的头文件。
    Init:init是初始化的意思,存放Linux内核启动时的初始化代码。
    Ipc:里面是Linux支持的IPC的代码实现。
    Kernel:存放内核本身需要的一些核心代码文件。其中有很多关键代码,包括pid--进程号等。
    Lib:公用的库文件,里面是一些公用的库函数。
    Mm:存放LInux的内存管理代码。
    Net:该目录下是网络相关的代码,譬如TCP/IP协议栈等。
  • 编译配置Linux内核的关键步骤:
    1、编译安装步骤
    安装开发组包>下载源码文件>.config: 准备配置文件>make menuconfig: 配置内核选项>make[-j#]>make modules_install: 安装模块>make install:安装内核相关文件>安装bzImage 为 /boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE>生成initramfs>编辑grub的配置文件。
    2、编译配置选项
    (1)配置内核选项
    (2)支持“更新”模式进行配置:make help
    Make config:基于命令行以遍历的方式去配置内核中可配置的每个选项。
    Make menuconfig:基于命令行以遍历的方式去配置内核中可配置的每个选项。
    Make gconfig:基于GTK(GNOME)环境窗口界面。
    Make xconfig: 基于QT(KDE)环境的窗口界面。
    (3)支持“全新配置”模式进行配置
    Make defconfig:基于内核为目标平台提供的“默认”配置进行配置。
    Make allyesconfig:所有选项均回答为“yes”。
    Make allnoconfig:所有选项均回答为“no”。
    3.编译
    全编译:make[-j#]

第二部分 实验操作

  • 在实验楼环境下输入:
cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

完成启动内核的操作,如下图:

  • 几个指令的含义:
    qemu :相当于打开一个虚拟机
    kernel:启动一个内核,位置由其后的文件名指定。
    bzImage是vmLinux经过gzip压缩后的文件,是压缩的内核映像。vmLinux是编译出来的最原始的内核ELF文件。
    initrd是“initial ramdisk”的简写,普通linux用户一般感受不到这个内存根文件系统的存在,内核启动先访问initrd文件系统,然后在切换到磁盘文件系统。
  • 使用gdb跟踪调试内核
(gdb)file linux-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)break start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前,也可以在之后
  • 操作如下:
    加载符号表:

    链接gdbserver:

    设置一个断点

    查看start_kernel函数的上下文

第三部分 分析从start_kernel到init进程启动的过程

1、start_kernel()

代码如下:

  • 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,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,为C代码的运行设置环境。

2、init_task()

代码如下:

  • init_task(0号进程)是task_struct类型,是进程描述符,使用宏INIT_TASK对其进行初始化。接下来就是对各模块的初始化。

3.rest_init()

代码如下:

  • rest_init()这个函数调用系统函数 kernel_thread() 创建 1 号进程,即 init 进程,是用户态所有进程的祖先。然后,新建 kthreadd 进程,是内核态所有进程的祖先。最后,通过 cpu_startup_entry 函数启动 0 号进程。
    Init_task()(PID为0)在创建了init进程后,调用cpu_idle()演变成idle进程,执行一次调度后,init进程运行。1号内核线程负责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(用户态1号进程),init进程是内核启动的第一个用户态进程。Kthreadd(PID为2)进程由0号进程创建,始终运行在内核空间,负责所有内核线程的调度和管理。
原文地址:https://www.cnblogs.com/23du/p/9892204.html