第三节 构造一个简单的Linux系统MenuOS

Posted 2020-06-22

第三周学习总结——构造一个简单的Linux系统MenuOS

作者：刘浩晨

【原创作品转载请注明出处】 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、Linux内核源代码简介

上节课总结：

计算机三个法宝：存储程序计算机、函数调用堆栈、中断

操作系统两把宝剑：中断上下文的切换（保存现场和恢复现场）以及进程上下文的切换

Linux内核源代码简介：

arch/x86中内容重点关注

init目录重要，内核启动相关的代码基本上都在init目录下。如main.c等。Start_kernel函数相当于普通C程序的main函数。

ipc进程间通信的一些代码

Linux内核的核心代码在Kernel目录中。

lib公用的库文件

mm内存管理。

二、构造一个简单的Linux系统MenuOS

实验楼操作：

1.使用实验楼的虚拟机打开shell，输入以下命令：

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

（1）linux-3.18.6.tar为内核源代码，rootfs里面含有init可执行文件，生成了rootfs.img。

（2）该系统支持三条命令：help、version和quit

 

2.使用gdb跟踪调试内核

输入以下命令：
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s

-S：在CPU初始化之前冻结
-s：在1234端口上创建gdb，若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项

此时为冻结状态，水平分割后进行gdb调试：

• （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

设置完断点之后，输入c命令继续执行，函数会停在断点处；
输入list可查看函数代码

 

三、跟踪调试内核的启动过程

基本是通过调用init函数来启动的

其中一些模块：

• trap_init();初始化一些中断向量

• mm_init() 内存管理模块

• sched_init() 调度模块

kernel_init里面的run_init_process为1号进程，第一个用户态进程，默认根目录下的init程序

 

另外还创建了kthreadd内核线程，来管理系统资源

 

然后系统进入了内核启动rest_init,call into cpu_idle，cpu_idle_loop中有while（0）循环，它一直存在。当系统没有进程需要执行的时候就调度到idle进程。

总结：

rest_init为0号进程，一直存在。0号进程创建了1号进程kernel_init，还创建了其他的服务线程。即道生一（start_kernel....cpu_idle），一生二（kernel_init和kthreadd），二生三（即前面0、1和2三个进程），三生万物（1号进程是所有用户态进程的祖先，2号进程是所有内核线程的祖先）。
Linux在无进程概念的情况下将一直从初始化部分的代码执行到start_kernel，然后再到其最后一个函数调用rest_init。

从rest_init开始，Linux开始产生进程，因为init_task是静态制造出来的，pid=0，它试图将从最早的汇编代码一直到start_kernel的执行都纳入到init_task进程上下文中。在rest_init函数中，内核将通过下面的代码产生第一个真正的进程(pid=1)。然后init_task变为一个idle task，init_idle函数的第一个参数current就是&init_task，在init_idle中将会把init_task加入到cpu的运行队列中，这样当运行队列中没有别的就绪进程时，init_task（也就是idle task)将会被调用，它的核心是一个while(1)循环，在循环中它将会调用schedule函数以便在运行队列中有新进程加入时切换到该新进程上。

参考资料：原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000