第三週：構造一個簡單的LINUX系統MENUOS

呂鬆鴻 + 原創做品轉載請註明出處 + 《Linux內核分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

1、Linux內核源碼簡介

1.操做系統的兩把寶劍

•   中斷上下文的切換——保存現場&恢復現場
•   進程上下文的切換

2.Linux內核源代碼簡介

（1）打開內核源代碼頁面

•   arch/目錄：支持不一樣CPU的源代碼；其中的X86是重點
•   init/目錄：內核啓動相關的代碼基本都在該目錄中
•   start_kernel函數就至關於普通C程序的main函數
• kernel/目錄：Linux內核核心代碼在kernel目錄中

（2）README

提供內核的各類編譯方法、生成文件的查看方法。例如：

•   INSTALLING 如何安裝內核源代碼
•   make mrproper 清理安裝時生成的中間代碼

2、構造一個簡單的Linux系統

1. 運行MenuOS系統

在實驗樓的虛擬機環境裏，打擊打開shell，使用下面的命令

cd LinuxKernel/

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

# -initrd：指明一個根文件系統

• 啓動實驗的Linux系統MenuOS，實際上就是一個在Linux內核的基礎上，再運行一個簡單菜單命令行程序。

• 在MenuOS>的提示符下輸入help，看到其所有支持的命令：

  help、version、quit

2. 使用gdb跟蹤調試內核

• 使用帶參數命令啓動MenuOS，使得系統在剛啓動時，暫停等待調試器跟蹤執行。

  qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
  # -S 在CPU初始化以前，凍結CPU
  # -s 1234端口上建立一個tcp接口。若不想使用1234端口，則可使用-gdb tcp:xxxx來取代-s選項  

• 另開一個shell窗口，啓動gdb。

  （gdb）file linux-3.18.6/vmlinux
  # 在gdb界面中targe remote以前加載符號表
  （gdb）target remote:1234 
  # 創建gdb和gdbserver之間的鏈接,按c 讓qemu上的Linux繼續運行
  （gdb）break start_kernel 
  # 在start_kernel函數入口處設置斷點
  （gdb）c 
  # 使得系統運行到start_kernel處停住
  （gdb）list
  # 顯示當前行所在位置上下的代碼

 

3、簡單分析start_kernel

（1）全局變量 init_task

全局變量init_task，即手工建立的PCB，0號進程初始化，0號進程就是最終的idle。

500asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
501{
502 char *command_line;
503 char *after_dashes;
504
505 /*
506  * Need to run as early as possible, to initialize the
507  * lockdep hash:
508  */
509 lockdep_init();
510 set_task_stack_end_magic(&init_task);//init_task即手工建立的PCB，0號進程及最終的idle進程
511 smp_setup_processor_id();
512 debug_objects_early_init();

（2）初始化一些中斷向量 trap_init()

中斷向量表的初始化函數，設置了不少中斷門(Interrupt Gate)

set_intr_gate：設置中斷門

（3）內存管理模塊初始化 mm_init（）

（4）調度模塊初始化 sched_init（）

函數內作了很關鍵的一步初始化——對0號進程，即idle進程進行初始化。

（5）其它模塊初始化 rest_init（）

kernel_thread(kernel_init,NULL,CLONE_FS)中的kernel_init包含一個run_init_process，建立了一號進程，即第一個用戶態進程。以後建立了kthreadd，一個內核線程來管理系統的資源。

 

•   建立了一號進程後，kernel_thread函數經過405行的kthreadd管理線程；
•   由cpustartupentry(CPUHPONLINE);——>cpuidleloop();——>static void cpuidle_loop(void)：
•   cpuidleloop中有一個while循環，當start_kernel啓動以後，她就一直存在。當系統沒有進場須要執行的時候就調度到idle進程

4、總結

1.kernelthread是0號進程，它建立了1號進程kernelinit，以及它的一些服務的內核線程，這樣整個系統及啓動起來了；

2.而後init進程會再啓動一些進程。