构造一个简单的Linux系统MenuOS
注：作者：臧文君，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内核源代码介绍
1、根目录
arch/x86目录下的代码是我们重点关注的，arch中包括支持不同CPU的源代码。
init目录下包含内核启动相关的代码，如main.c（start_kernel函数相当于普通C程序的main函数，是Linux内核初始化的起点）。
ipc:进程间通信
kernel:Linux内核的核心代码
关注readme文件
二、构造一个简单的Linux系统MenuOS
<步骤指导>
1、在实验楼环境下：
cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
即可启动内核，完成后进入menu程序，支持三个命令help、version和quit。
2、使用自己的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（解压）
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 # 如果被墙，可以使用附件menu.zip
cd menu
gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static –lpthread（init是第一个用户态进程，是1号进程，采用的是静态编译的方式）
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img（img镜像文件）
# 启动MenuOS系统
cd ~/LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
3、重新配置编译Linux使之携带调试信息
（1）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
（2）make重新编译（时间较长）
4、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target remote之前加载符号表 file home/shiyanlou/LinuxKernel/vmlinux
（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
三、跟踪调试Linux内核的启动过程
1、之前内核启动被冻结，断点设置完成后，打C回车可以恢复启动。
命令：（gdb）list查看断点前后的代码
在rest_init()前设置断点：break rest_init()，再按C运行，list查看代码。
2、简单分析一下start_kernel
在init目录下的main.c中
全局变量init_task，即手工创建的PCB，0号进程即最终的idle进程。
不管分析内核的哪一部分都会涉及到start_kernel。
trap_init()；初始化中断向量
例：set_system_trap_gate(SYSCALL VECTOR,&system_call)系统陷阱门（系统调用）
mm_init();内存管理模块
sched_init();系统调度模块
start_kernel中的最后一句：rest_init();在start_kernel从内核一启动就一直存在，是0号进程。
0号进程创建了1号进程kernel_init。
当系统没有进程需要执行时就调度到idle进程。
道生一，一生二，二生三，三生万物。
实验报告：
1、cd home/YL/menu/rootfs，启动linux内核：qemu-system-x86_64 -kernel /boot/vmlinuz-4.3.0-kali1-amd64 -initrd ../rootfs.img
注：find . | cpio -o -Hnewc | gzip -9 > ../rootfs.img将当前目录下的所有文件打包压缩生成img镜像文件
2、qemu-system-x86_64 -kernel /boot/vmlinuz-4.3.0-kali1-amd64 -initrd ../rootfs.img -s -S，启动linux内核，停在起始部位，设置断点进行调试。
3、重新开一个终端窗口，输入gdb，可以使用help命令查看可选择的命令。
4、在gdb界面中target remote之前加载符号表：先切换到usr/src/linux-source-4.4路径下，然后输入命令file vmlinux。再建立gdb和gdbserver之间的连接：target remote:1234。
5、在start_kernel前设置断点：break start_kernel，按c 让qemu上的Linux继续运行
总结：
这次实验是构造一个简单的linux系统MenuOS，使用老师已经配置好的虚拟机，做起来比较方便，但因为linux内核的版本不同以及配置的原因，所以在命令的使用上与网课中介绍的有一些差别，主要是路径的不同，在理解了各个命令中参数的含义后，命令使用起来会比较容易，实验也能顺利的进行。
在课上的巩固讲解中，我了解到linux内核启动的三要素是：kernel，initrd和root所在分区。对于内核启动，最重要的命令就是：qemu-system-x86_64 -kernel /boot/vmlinuz-4.3.0-kali1-amd64 -initrd ../rootfs.img。在之后的gdb调试过程中，要注意路径！
start_kernel是内核启动的起点，存在于init目录下main.c文件中。init_kernel即手工创建的PCB，0号进程即最终的idle.不论分析内核的哪一部分都会涉及start_kernel，模块初始化时需要调用start_kernel。在start_kernel中最后一句rest_init是start_kernel从内核启动时就一直存在的0号进程，0号进程创建了1号进程和其他的内核服务线程。