很是好！！！Linux源代碼閱讀——環境準備【轉】

時間 2019-11-13

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Linux源代碼閱讀——環境準備

轉自：http://home.ustc.edu.cn/~boj/courses/linux_kernel/0_prepare.htmlphp

Linux 系統環境準備
- 定製安裝 Ubuntu
- 安裝工具鏈
編譯 Linux 內核
- 默認編譯
- 自定義編譯
模擬執行 Linux
- 用 qemu 模擬 Hello World 系統
準備源碼閱讀環境
- vim 基本設置
- 在 vim 中使用 cscope
- 在 vim 中使用 ctags
- 使用 taglist 顯示 symbol 窗口
Linux 內核源代碼結構

1 Linux系統環境準備

1.1 定製安裝Ubuntu

從科大源下載 Ubuntu Alternative CD，校驗 MD5。
掛載 ISO，使用 preseed 文件來進行一些預約制，參考 http://pxe.ustc.edu.cn/boot/conf/preseed.debian.ustc.cfg（固然其中的 debian 須要改成 ubuntu，hostname 改爲本身但願的主機名），指定安裝所使用的源，以及其餘一些預約義設置。
卸載ISO，使用 usb-creator-gtk 製做啓動U盤。
使用 parted 分區：將硬盤的一個空閒 NTFS 分區刪除；mkpartfs 創建一個ext2（用於/boot）、一個swap、一個ext4（用於根分區）。
從U盤啓動，選擇 Install a command-line system，設置鍵盤、分區等（其餘設置已經寫在 preseed 中了），安裝基本系統，設置用戶名密碼。
grub-mkimage 製做包含 reiserfs 模塊的 grub2（原有的 linux 所在分區是 reiserfs 的），grub-mkconfig 更新 grub.cfg 配置文件。
安裝 X（xserver-xorg）、GNOME 桌面環境（gdm、gnome-core、xinit、gnome-utils、synaptic）
安裝中文語言包（language-pack-zh-base、language-support-fonts-zh、xfonts-wqy、language-selector），修改 locale
安裝輸入法（fcitx）、vim等
安裝、設置聲卡驅動（alsa）（特定硬件的驅動問題，採用網上的辦法）
安裝 ntfs-3g、wine 等系統工具，tcpdump、firefox、filezilla、amule 等網絡工具，okular、chmsee、libreoffice 等辦公工具
安裝 ssh、nginx、php5-fpm、MySQL、memcached、vsftpd 等服務器須要的 daemon（網絡開發用）
apt-get clean 清除緩存
編輯 /etc/modules，開機加載 fuse（用戶態文件系統）模塊，以便使用 ntfs-3g

編輯 /etc/fstab 將 /dev/sda4（NTFS）自動掛載上，爲方便 Windows 使用，學習資料等數據放在這個分區。

# <file system> <mount point>   <type>  <options>       <dump>  <pass>
proc            /proc           proc    nodev,noexec,nosuid 0       0
# / was on /dev/sda2 during installation
UUID=d993c54c-0602-48d2-935f-be9ac654f9a0 /               ext4    errors=remount-ro 0       1
/dev/sda1       none            swap    sw              0       0
/dev/sda4	/media/DATA	ntfs-3g	silent,umask=0,locale=zh_CN.utf8	0	0

1.2 安裝工具鏈

編譯內核所需工具鏈：
- build-essential (gcc, make, ld等)
- binutils
- libncurses-dev (make menuconfig 時須要)
- kernel-package
模擬內核所需工具：
- qemu
- gdb
- fakeroot (chroot)
- initramfs-tools
- module-init-tools

2 編譯Linux內核

2.1 默認編譯

從 kernel.org 下載 Linux 2.6.26 源碼，tar -zvxf
make mrproper 清除全部已編譯文件和配置文件
make i386_defconfig 生成x86體系結構的默認配置。此過程首先HOSTCC、SHIPPED、HOSTLD一些配置文件，而後進入 Linux Kernel Configuration，與 make config 的命令行界面相同，只是全部選項都被自動選擇了（具體參見 arch/x86/configs/i386_defconfig）。

make 編譯代碼。由CC、LD、AR、AS、GEN、HOSTCC、OBJCOPY、BUILD等過程組成。其中有一些 warning，是由於代碼不符合當前C標準，能夠忽略。

BUILD   arch/x86/boot/bzImage
Root device is (8, 2)
Setup is 10140 bytes (padded to 10240 bytes).
System is 2651 kB
CRC e3791c7
Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#1)

2.2 自定義編譯

每次更改配置從新編譯前，make clean 清除上次編譯的目標文件和中間文件，但保留配置文件以便在其基礎上修改。
make menuconfig 進入終端下的菜單選擇。相比徹底命令行界面的 config，用起來更方便；而圖形界面的 xconfig 或 gconfig 雖然比較直觀，但不便於使用鍵盤。
設置完畢，保存到 .config

make 編譯代碼，生成的內核映像是 arch/x86/boot/bzImage

Root device is (8, 2)
Setup is 10140 bytes (padded to 10240 bytes).
System is 3063 kB
CRC aa68b290
Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#3)
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 26 modules

因爲咱們是在虛擬機內運行而不是安裝到本地系統，所以不須要 make install

具體設置參考：Linux 2.6.19.x 內核編譯配置選項簡介（金步國）html

General Setup
- 爲 local version 賦予一個唯一的自定義版本號（如boj1），以避免不一樣的內核發生混淆
- 選中 Auditing Support，以方便之後試驗 SELinux
- 要選中 Initramfs，如今 Linux 啓動通常都用 initramfs（原來的 initrd）
Loadable Module Support
- modprobe 時須要使用
- 選中 Automatic kernel module loading，讓內核經過運行 modprobe 來自動加載所須要的模塊，自動解決模塊的依賴關係
Enable the block layer
- 塊設備須要使用
- Large Block Device 暫時不須要，沒有 2TB 以上的塊設備
Processor Type and Features
- 根據 /etc/cpuinfo，當前的CPU是 Intel(R) Core(TM) Duo CPU T2250 @ 1.73GHz
  所以選擇 Core 2/Newer Xeon。
- 因爲只在本身的計算機上使用，取消 Generic x86 support。
- 因爲本身的CPU是雙核的，Maximum number of CPUs 設爲2，每一個CPU在內核映像中佔據8KB。
- High Memory Support 選擇 4G（因爲內存是2.5G的）
- Timer Frequency 因爲是桌面系統，對實時性要求較高，設爲 1000Hz。
Power management options
- 選中 Hibernation，以實現休眠功能
Bus options
- 選中 PCI Express Support，顯卡和網卡都須要
Executable file formats
- Kernel support for MISC binaries 容許插入二進制的封裝層到內核中，使用 Java 等語言編寫的程序時須要它
Networking Support
- Networking options
  - 選中 Packet Socket 和 mmaped IO，以便使用網絡監控工具。
  - 選中 TCP Syncookie support，抵抗 SYN flood 攻擊。須要同時啓用 /proc 文件系統和 Sysctl support，而後在系統啓動並掛載了 /proc 以後執行 "echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies" 命令。
  - 選中 Network packet filtering，Netfilter 對數據包進行過濾和修改。
    - 選中 IPv4/IPv6 connection tracking support，以使用 NAT。
    - 選中 IP tables 和 ARP tables，常常須要用。其中選中 Full NAT 以便使用 iptables 中的 NAT 功能。
    - 選中 IP6 tables support，監控 IPv6 協議須要用。
  - 選中 Network Testing 中的 Packet Generator（編譯爲 pktgen 模塊），方便網絡測試。
- 選中 Ameteur Radio Support，由於咱們要玩無線電。AX.25 協議編譯爲 ax25 模塊。
- 將 IrDA (infrared) subsystem support 編譯爲 irda 模塊，以便使用無線鼠標鍵盤。
- 選中 Bluetooth subsystem support，藍牙常常要用。
- 選中 Generic IEEE 802.11 Networking Stack，wifi 等都是基於 802.11 的協議。
Device Drivers
- Block Devices
  - 取消 Normal Floppy Disk support，沒有軟驅
  - 須要選中 RAM block device support，initrd 須要用。
    Menuconfig Help 中說
```
  │ Saying Y here will allow you to use a portion of your RAM memory as
  │ a block device, so that you can make file systems on it, read and
  │ write to it and do all the other things that you can do with normal
  │ block devices (such as hard drives). It is usually used to load and
  │ store a copy of a minimal root file system off of a floppy into RAM
  │ during the initial install of Linux.

Most normal users won't need the RAM disk functionality, and can thus say N here.
```
    所以第一次配置時沒有編譯進內核，致使虛擬機沒法啓動：
```
[   0.776881] Unpacking initramfs...<0>Kernel panic - not syncing: bad gzip magic numbers
```
- ATA/ATAPI/MFM/RLL support
  - 取消 Include IDE/ATA-2 DISK support
- SCSI device support
  - 選中 RAID Transport Class，未來可能折騰 RAID
- Multiple devices driver support (RAID and LVM)
  - 將 RAID support 及相關選項編譯爲模塊，以使用軟RAID。
  - 選中 Device Mapper support，以使用 LVM。
- 取消 Macintosh device drivers
- Multimedia devices
  - 選中 Video for Linux，以便進行攝像頭編程
- Sound
  - 選中 Advanced Linux Sound Architechture，計算機上的聲卡須要用 ALSA。
  - 取消 Open Sound System
- 選中 Real Time Clock，以便獲取系統時間
- 選中 DMA Engine Support，以便使用 Direct Memory Access
Firmware Drivers
沒有特殊固件，所以保留默認配置。
File Systems
- ext二、ext三、ext4 都是 Linux 經典文件系統，常常須要用到，編譯進內核
- ReiserFS 對於小文件的處理效率很高，有個存放各類源代碼的分區用這個文件系統，編譯進內核
- 選中 Filesystem in Userspace Support，ntfs-3g 是基於 fuse 的，這樣不用每次開機都加載 fuse 模塊。
- 微軟文件系統：不選 NTFS 文件系統支持，內核中對於 NTFS 寫的支持很差，使用用戶態的 ntfs-3g 代替。
- 本地語言支持：默認本地語言設爲 utf-8，選中 Codepage 437, GB2312, Big5, ASCII， ISO 8859-1, UTF-8.
Kernel Hacking
- 選中 Show timing information on printks，方便內核調試
- 選中 Magic SysRq key，在緊急狀態時使用 reisub 奪回系統控制權
Security Options
暫時不須要其餘安全模型，保留默認值，全不選。
Cryptographic options
將 MD五、SHA一、Blowfish、DES 等經常使用加密算法編譯爲模塊備用。
Virtualization
電腦硬件不支持 KVM，所以不選。
Library routines
保留默認值。

3 模擬執行 Linux

3.1 用 qemu 模擬 Hello World 系統

寫一個 Hello World 程序：

[boj@boj-laptop:~/test]$ cat test.c
#include<stdio.h>
int main() {
	printf("Hello World!");
	return 0;
}

靜態連接編譯

[boj@boj-laptop:~/test]$ gcc -static -o init test.c

創建目標根目錄映像

[boj@boj-laptop:~/test]$ dd if=/dev/zero of=initrd4M.img bs=4096 count=1024
[boj@boj-laptop:~/test]$ mke2fs initrd4M.img
[boj@boj-laptop:~/test]$ mkdir rootfs
[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mount -o loop initrd4M.img rootfs

將init拷貝到目標根目錄下

[boj@boj-laptop:~/test]$ cp init rootfs/

準備 /dev 目錄、console 設備、linux 根設備（ram）

[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mkdir rootfs/dev
[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mknod rootfs/dev/console c 5 1
[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mknod rootfs/dev/ram b 1 0
[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo umount rootfs

用 qemu 模擬運行

[boj@boj-laptop:~]$ qemu -kernel linux-2.6.26/arch/x86/boot/bzImage -initrd test/initrd4M.img -append "root=/dev/ram init=/init"

一段初始化後，輸出了 Hello World，隨即 Kernel Panic（由於 init 在輸出字符串後就自行退出了）node

[    4.270006] Freeing unused kernel memory: 244k freed
Hello World![    4.326627] Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!

4 準備源碼閱讀環境

4.1 vim 基本設置

[boj@boj-laptop:~]$ cat ~/.vimrc
set encoding=UTF-8
set langmenu=zh_CN.UTF-8
language message zh_CN.UTF-8
set fileencodings=ucs-bom,utf-8,cp936,gb18030,big5,euc-jp,euc-kr,latin1
set fileencoding=utf-8
sy on
set ai
set nu
set shiftwidth=2
set tabstop=4
set softtabstop=4
set ic "搜索時忽略大小寫，以便在某些「駱駝」變量名風格的源碼中查找

4.2 在 vim 中使用 cscope

安裝 CScope：
```
sudo apt-get install cscope
```
確認 vim 支持 cscope：
```
vim --version | grep cscope
```
給源代碼創建索引：
```
cscope -Rbq
```
其中，ctags 遞歸的在每一個目錄下生成 tags 文件，供 vim 讀取；cscope 生成 cscope.outlinux
```
cscope.out: cscope reference data version 15 with inverted index
```

將如下內容添加到 ~/.vimrc 中，以自動加載 cscope.out。

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
" cscope setting

if has("cscope")
   set csprg=/usr/bin/cscope              "指定用來執行 cscope 的命令
   set csto=1                             "先搜索tags標籤文件，再搜索cscope數據庫
   set cst                                "使用|:cstag|(:cs find g)，而不是缺省的:tag
   set nocsverb                           "不顯示添加數據庫是否成功
   " add any database in current directory
   if filereadable(ncscope.out")
      cs add cscope.out                   "添加cscope數據庫
   endif
   set csverb                             "顯示添加成功與否
endif

nmap <C-@>s :cs find s <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR>
nmap <C-@>g :cs find g <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR>
nmap <C-@>c :cs find c <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR>
nmap <C-@>t :cs find t <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR>
nmap <C-@>e :cs find e <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR>
nmap <C-@>f :cs find f <C-R>=expand("<cfile>")<CR><CR>
nmap <C-@>i :cs find i ^<C-R>=expand("<cfile>")<CR>$<CR>
nmap <C-@>d :cs find d <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR>
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

根據上面的 .vimrc，使用簡單的組合鍵和字母便可使用 cscope 的查找功能。nginx

例如，<C-@>g 先按 ctrl+@，再按 g，便可查看當前光標所在符號的定義。算法

:cs help數據庫
- s: 查找 C 語言符號，即查找函數名、宏、枚舉值等出現的地方
- g: 查找函數、宏、枚舉等定義的位置，相似 ctags 所提供的功能
- d: 查找本函數調用的函數
- c: 查找調用本函數的函數
- t: 查找指定的字符串
- e: 查找 egrep 模式，至關於 egrep 功能，但查找速度快多了
- f: 查找並打開文件，相似 vim 的 find 功能
- i: 查找包含本文件的文件

4.3 在 vim 中使用 ctags

在源代碼根目錄下執行 ctags -R 命令用來爲程序源代碼生成標籤文件，-R 選項表示遞歸操做，同時爲子目錄也生成標籤文件。vim 利用生成的標籤文件，能夠進行相應檢索、並在不一樣的文件中的C語言元素之間來回切換。編程

須要在 tags 文件所在的目錄下運行 vim。不然，要用 :set tags=xxx 指定 tags 文件的路徑。ubuntu

使用 tag 命令時，可使用 TAB 鍵進行匹配查找，繼續按 TAB 鍵向下切換。vim

跳到函數或數據結構xxx處
```
:tag xxx
```
跳到第一個定義處，優先跳轉到當前文件
```
:tnext
```
跳到第一個
```
:tfirst
```
跳到前 count 個
```
:[count]tprevious
```
跳到後 count 個
```
:[count]tnext
```
跳到最後一個
```
:tlast
```
在全部 tagname 中選擇
```
:tselect tagname
```
跳到包含 block 的標識符
```
:tag /block 
```
(這裏 '/' 就是告訴 vim，'block' 是一個語句塊標籤。)
跳轉到光標所在函數標識符的定義處
```
Ctrl+]
```
使用"ctrl+t"退回上層
```
Ctrl+t
```
在以 write_ 開頭的標識符中選擇
```
:tselect /^write_
```
這裏，'^'表示開頭，同理，'$'表示末尾。

在函數中移動光標的快捷鍵:

[{ 轉到上一個位於第一列的"{"
}] 轉到下一個位於第一列的"{"
{ 轉到上一個空行
} 轉到下一個空行
gd 轉到當前光標所指的局部變量的定義
* 轉到當前光標所指的單詞下一次出現的地方
# 轉到當前光標所指的單詞上一次出現的地方

4.4 使用 taglist 顯示 symbol 窗口

taglist 插件能夠像 Source Insight 那樣將當前文件中的宏、全局變量、函數等 tag 顯示在 Symbol 窗口，用鼠標點上述 tag，就跳到該 tag 定義的位置；能夠按字母序、該tag所屬的類或scope，以及該 tag 在文件中出現的位置進行排序；若是切換到另一個文件，Symbol 窗口更新顯示這個文件中的 tag。taglist 依賴於 ctags。

打開 vim 的文件類型自動檢測功能；
系統中裝了 Exuberant ctags 工具，而且 taglist 可以找到此工具（由於 taglist 須要調用它來生成 tag 文件）；
vim 支持 system() 調用；

在 ~/.vimrc 中加入

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
" ctags setting
set tags=./tags,./../tags,./*/tags;

" Tag list (ctags)

filetype on                            "文件類型自動檢測

if MySys() == "windows"                "設定windows系統中ctags程序的位置
   let Tlist_Ctags_Cmd = 'ctags'
elseif MySys() == "linux"              "設定linux系統中ctags程序的位置
   let Tlist_Ctags_Cmd = '/usr/bin/ctags'
endif

let Tlist_Show_One_File = 1            "不一樣時顯示多個文件的tag，只顯示當前文件的
let Tlist_Exit_OnlyWindow = 1          "若是taglist窗口是最後一個窗口，則退出vim
let Tlist_Use_Right_Window = 1         "在右側窗口中顯示taglist窗口 
  
map <silent> <F8> :TlistToggle<cr>     "在映射F8鍵打開tags窗口
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

上述配置過程參考了：http://www.cnblogs.com/sunblackshine/archive/2011/08/25/2152962.html

5 Linux 內核源代碼結構

Linux 2.6.26 源碼各目錄大體做用：

Documentation/ 內核文檔，包括 CodingStyle 等
include/子目錄包含了創建內核代碼時所需的大部分包含文件，這個模塊利用其它模塊重建內核。每種體系結構有相應的子目錄。
init/ 子目錄包含了內核的初始化代碼，這是內核開始工做的起點。(main.c, function start_kernel)
arch/ 子目錄包含了全部硬件結構特定的內核代碼，在 x86 體系結構下，包括 kernel、mm、lib 等子目錄，分別是與體系結構相關的核心、內存管理、庫代碼。
drivers/ 目錄包含了內核中全部的設備驅動程序，如字符設備、塊設備。
fs/ 目錄包含了全部文件系統的代碼，如：ext二、vfat、proc。
net/ 目錄包含了內核的網絡代碼。
mm/ 目錄包含了全部的內存管理代碼。
ipc/ 目錄包含了進程間通訊的代碼。
kernel/ 目錄包含了主內核代碼
lib/ 目錄包含了與體系結構無關的內核庫代碼
modules/ 目錄包含了可動態加載的模塊。
Scripts/ 目錄包含了配置核心的腳本文件。