《Linux内核分析》之构造一个简单的Linux系统MenuOS 实验总结

WindCoder

发布于 2018-09-20 15:34:14

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发布于 2018-09-20 15:34:14

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环境搭建与配置过程

个人Linux系统环境搭建MenuOS的过程

Linux系统环境搭建MenuOS的过程

1、Linux系统环境搭建MenuOS的过程

# 下载内核源代码编译内核
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_defconfig
make # 一般要编译很长时间，少则20分钟多则数小时

# 制作根文件系统
cd ~/LinuxKernel/
mkdir rootfs
git clone  https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static –lpthread
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img

# 启动MenuOS系统
cd ~/LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

2、重新配置编译Linux使之携带调试信息

在原来配置的基础上，make menuconfig选中如下选项重新配置Linux，使之携带调试信息

kernel hacking—>
[*] compile the kernel with debug info

make重新编译（时间较长）

3、使用gdb跟踪调试内核

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)
# -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

另开一个shell窗口

gdb
（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

在实验楼中的过程

实验楼中实验过程

使用实验楼的虚拟机打开shell

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

使用gdb跟踪调试内核

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

另开一个shell窗口

gdb
（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

部分步骤如下图所示

没有-S和-s时

有-s和-S时

gdb

break start_kernel

通过list查看break start_kernel后start_kernel前后文代码

相关代码分析

start_kernel函数

所在位置：xref: /linux-3.18.6/init/main.c

不管分析内核的哪一部分都会涉及到start_kernel

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
.......
/*init_task即手工创建的PCB，0号进程就是最终的idle进程*/
set_task_stack_end_magic(&init_task);
........
/*初始化中断向量*/
trap_init();
/*内存管理模块初始化*/
mm_init();
/*调度模块初始化*/
sched_init();
....
/*其他初始化*/
rest_init()
}

trap_init();初始化一些中断向量，

主要分析函数所在地址： xref: /linux-3.18.6/arch/x86/kernel/traps.c

rest_init();中包含内核启动过程

所在位置：xref: /linux-3.18.6/init/main.c

rest_init()函数

从系统内核一启动，rest_init()会一直存在，是0号进程，并且创建了1号进程，并创建了一些其他的服务进程*/

static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
        int pid;

        rcu_scheduler_starting();
        /*
         * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
         * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
         * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
         */
        /*初始化了第一个用户态的进程1号进程*/
        kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
        numa_default_policy();
        /*创建内核线程管理系统资源
         *kthreadd 为内核线程
         */
        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);

        /*
         * The boot idle thread must execute schedule()
         * at least once to get things moving:
         */
        init_idle_bootup_task(current);
        schedule_preempt_disabled();
        /* Call into cpu_idle with preempt disabled */
        cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

kernel_init

原语句：kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);

所在位置（非语句）：xref: /linux-3.18.6/init/main.c

其中主要分析的代码所在的代码段

if (ramdisk_execute_command) {
		ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);
        if (!ret)
                	return 0;
        pr_err("Failed to execute %s (error %d)n",
	    ramdisk_execute_command, ret);
}

run_init_process init_process为一号进程，第一个用户态进程