201920201 20199320《Linux内核原理与分析》第四周作业

第三章 MenuOS的构造

构造一个简单地Linux内核

第一步、构建Linux系统MenuOS

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

注：qemu仿真kernel；bzImage是vnLinux经过gzip压缩后的文件，是压缩的内核映像；initrd是内存根文件系统；rootfs是编译好的文件系统。

运行结果如图：

第二步、跟踪调试Linux内核的启动过程（使用gdb跟踪）

1. 输入如下命令将内核启动：

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

   注：

   • -s：在1234端口上创建了一个gdb-server，可用于之后设置断点跟踪内核；
   • -S：使CPU初始化之前冻结起来。

   启动效果如下图：

   

2. 启动gdb输入如下指令加载内核，建立连接

   file linux-3.18.6/vmlinux  //在gdb界面中target remote之前加载符号表
   target remote:1234  //用1234这个端口进行连接
   

3. gdb中输入如下指令在start_kernel处设置断点

   break start_kernel //可在target remote之前，也可在之后
   

   效果如图:

   

   查看strat_kernel代码：

   

   分析： strat_kernel是一切的起点，用于完成硬件系统的初始化工作，为C代码的运行设置环境。

   其中，比较重要的init_task是手工创建的PCB，是进程描述符，0号进程，即最终的idle进程。

4. gdb中输入如下指令在rest_init()处设置断点

   break rest_init
   

   查看rest_init()代码：

   

   分析： 通过rest_init()新建kernel_init和kthreadd内核线程

   注：

   • init_task(0号进程)是唯一没有通过fork方式产生的进程；
   • 所有的内核线程都是直接或间接地一kthreadd为父进程。

5. 总结进程创建过程

   • init_task()（PID为0）通过调用cpu_idle()转为idle进程，运行在内核空间；
   • init_task()创建的kernel_init()（1号内核线程）通过调用do_execve可转为init用 户态1号进程，这是内核启动的第一个用户态进程；
   • init_task()创建的kthreadd()（2号内核线程）始终运行在内核，负责所有内核线程的调度和管理。

   整个过程如图所示：