linux内核学习之三 跟踪分析内核的启动过程

Posted 2020-06-21

一   前期准备工作

      1 搭建环境

        1.1下载内核源代码并编译内核

             创建目录，并进入该目录：

               

             下载源码：              

             

             解压缩，并进入该目录：xz -d linux-3.18.6.tar.xz

                                            tar -xvf linux-3.18.6 

                                            cd  linux-3.18.6

            选定x86架构的相关文件编译：

            

           编译：

            

        1.2 制作根文件系统

           在工作目录下新建一个文件夹：

               mkdir rootfs

           下载老师提供的资料：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

            返回工作目录，即可启动Menuos

             cd ..

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

            

           运行效果：

            

 

    2   调试工具gdb 简介

       gdb 调试器是一款GNU开发组织并发布的UNIX/linux 下的程序调试工具。虽然没有图形化的界面，但是它的强大调试功能足以和windows 下专业工具如Visual studio 媲美，甚至更简洁。（注意：gdb进行调试的是可执行文件，而不是如“**.c”的源代码 。）

              使用的命令             命令介绍

                gdb                   //   进入需要调试的文件所在目录，进入gdb调试环境

                l                        //查看文件（所有载入的文件）

                b                       //设置断点，如b 6 ，表示在第6行设置断点                     

                info   b               //查看断点信息

                r                        // 运行代码

                p    “变量名 ”          //查看变量的值，如 ：p   n ，查看变量n的值

                n                         //单步运行

                s                         //单步运行，与上面的区别是，当发生函数调用时，“s”会进入该函数，但是“n”不会进入该函数

二 调试跟踪

               为了直观显示在调试过程中的内核动态，使用qemu模拟器，初始时使为停止态：

               

               -S 表示冻结在开始状态

               -s   为gdb 调试工具设定端口1234，也可用其他

                

               再打开一个gdb调试窗口，加载符号表，建立连接，设定断点

                

               其中第一个断点在start_kernel 处，第二个断点在rest_init处，继续执行，停在第一个断点处：

                

                输入“c”，继续执行，停在第二个断点处：

               

               接着执行：

               

三  个人对linux启动过程的理解

       start_kernel()函数的作用是完成linux内核的初始化，几乎所有模块都是由这个函数初始化的，通过阅读代码和使用gdb 工具，完成了下列动作：

       调用sched_init()函数来初始化调度程序；调用page_alloc_init()初始化伙伴系统分配程序；调用trap_init()和init_IRQ()完成异常和中断初始化；调用softirq_init()函数初始化软中断；调用time_init()函数初始化系统和时间；等等。。。

      启动过程分析：计算机上电后，加载Bios的硬件信息与进行自我测试，读取并执行第一个启动设备内主引导记录内的Bootloader，依据bootloader的设置加载Kernel ，Kernel会开始检测硬件与加载驱动程序。这其中的每一部分都需要大篇的文字描述，这里只是重点从进程角度来了解一下：init_task进程（0号进程）是静态创造的，是内核开发人员创造的，而不是其他进程通过do_fork形成的。它从start_kernel()初始化直到start_kernel()中最后一个函数rest_init()，从rest_init开始，Linux开始产生进程，在rest_init函数中，内核将通过kernel_thread()产生第一个真正的进程(pid=1),而此时init_task的任务基本上已经完全结束了，它将沦落为一个idle 进程，事实上在更早前的sched_init（）函数中，通过init_idle(current, smp_processor_id())函数的调用就已经把init_task初始化成了一个idle 进程。

        

     

by：方龙伟

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