Linux内核分析实验三

Posted 2023-03-01 YoungX0701

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 

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Linux内核分析实验三

 

知识储备：

gdb 是一个用来调试C和C++程序的调试器。下面列出一些常用的命令：

break funtion break line-number	在指定的函数，或者行号处设置断点。
watch condition	当条件满足时设置观察点。
clear clear func clear nth	清除函数func处的断点。 清除第nth行处的断点。
delete d	删除所有的断点或观察点。
delete breakpoint-number delete range	删除指定的断点，观察点。
step s step number-of-steps-to-perform	进入下一行代码的执行，会进入函数内部。
next n next number	执行下一行代码。但不会进入函数内部。
stepi si nexti ni	执行下一条汇编/CPU指令。
backtrace bt bt inner-function-nesting-depth bt -outer-function-nesting-depth	显示当前堆栈的追踪，当前所在的函数。
list l list line-number list function list - list start#,end# list filename:function	列出相应的源代码。
print variable p variable p file::variable p 'file'::variable	打印指定变量的值。
p *array-var@length	打印arrary-var中的前length项。
p/x var	以十六进制打印整数变量var。
p/d var	把变量var当作有符号整数打印。
p/u var	把变量var作为无符号整数打印。
p/o var	把变量var作为八进制数打印。
p/t var x/b address x/b &variable	以整数二进制的形式打印var变量的值。
p/c variable	当字符打印。
p/f variable	以浮点数格式打印变量var。
p/a variable	打印十六进制形式的地址。
x/w address x/4b &variable	打印指定的地址，以四字节一组的方式。
file file	把file当作调试的程序。如果没指定参数，丢弃。
run r run command-line-arguments run < infile > outfile	从头开始执行程序，也允许进行重定向。
continue c	继续执行直到下一个断点或观察点。
continue number	继续执行，但会忽略当前的断点number次。当断点在循环中时非常有用。
quit q	退出 GDB 调试器。

 

了解了gdb工具我们要研究内核的启动过程就比较方便了

首先打开终端模拟器定位到LinuxKernel文件夹，然后输入以下命令：

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

命令执行的结果是打开了一个内核程序MenuOS，效果如下：

 

下面我们用gdb命令跟踪调试该内核程序

首先将刚刚运行的程序关闭

然后在命令框中输入下面的命令

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

其中，-S 表示在该程序开始运行时冻结该程序， -s 表示采用gdb的默认号1234建立连接。

命令执行效果如下：

 

分割出一个新的命令框，输入gdb -q进入gdb调试模式

 

定位并打开需要调试的程序，加载符号表

file linux-3.18.6/vmlinux 

 

建立gdb和gdbserver之间的连接

target remote:1234

 

设置断点

b start_kernel（=break start_kernel）

 

让程序继续运行到断点位置

c（即continue）

 

查看断点附近及之后的代码

list（或ls）

反复使用break命令设置断点并使用list直到看完所有代码

 

跟踪结果分析：

init进程是Linux操作系统下第一个用户态进程，init进程是从start_kernel函数中开始执行的，start_kernel不仅仅完成了内核初始化还启动了init进程。

start_kernel函数开始进一步设置了init_task，并且进行了一系列的初始化操作（中断处理初始化，内存管理初始化等）。init_task其实就是一个task_struct，与用户进程的task_struct一样，task_struct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。而init_task的pid就是0，也就是说在之前的初始化工作中由内核创建并初始化了init_task，这个进程只在内核中出现，它也就是所谓的0号进程。

那么init进程呢？那就得分析另一个函数rest_init。rest_init下有一个kernel_thread函数，它本质上是调用了do_fork来创建一个进程，其第一个参数是一个函数指针，也就是说内核此时fork出了一个新进程来执行kernel_init函数，kernel_init函数则正式启动了init进程。

rest_init函数在启动完init进程后并没有退出，而是继续往下执行道了cpu_startup_entry函数，其实就是进入了一个无限循环，也就是说原执行流在fork出init进程后，把自己变成了idle进程。

最后用一张图简单描述一下init进程和idle进程的启动流程：