实验三:跟踪分析Linux内核的启动过程

一、调试步骤如下:

  • 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) cpu初始化之前把它冻结起来

    // -s shorthand for -gdb tcp::1234 在1234端口上建立了一个gdb server

    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
(gdb)c # 系统开始启动,启动到start_kernel
(gdb)list # 可以看到start_kernel上下的代码
(gdb)break rest_init
(gdb)c # 当前系统执行到rest_init
(gdb)list # 可以看到rest_init是在start_kernel的尾部调用的。
(gdb)break kernel_thread
(gdb)c # 当前系统执行到kernel_thread
(gdb)list # 这一步可以看到kernel_thread(kernel_init,NULL,CLONE_FS)
(gdb)break kernel_init
(gdb)c # 当前系统执行到kernel_init
(gdb)list #
(gdb)break run_init_process
(gdb)c # 这里并没有如愿停在run_init_process,而是停在另外的kernel_thread里,这个太多了,我们先删掉这个断点
(gdb)d 3 # kernel_thread的编号为3
(gdb)c # 停在run_init_process
(gdb)list

二、Linux内核的启动过程

  • 启动Linux内核的三个参数:

    • kernel
    • initrd
    • root所在分区、目录

最重要的一行代码:

qemu -kernel (文件名) -initrd (rootfs.img)
  1. qemu相当于打开一个虚拟机
  2. kernel启动一个内核,位置由其后的文件名指定。如果在当前目录下,可以直接输入文件名,如果不是,则需要输入该内核的全路径。
  3. initrd指令是挂了一个ramdisk虚拟硬盘,是内核的重要补充,rootfs.img就是这个虚拟硬盘,内有分区,然后启动的其实是其中的init文件,这个文件是由之前的menuOS编译而成,gcc -o命名为init。

所以就是要启动一个内核,挂一个硬盘,然后再运行一个init即1号进程。

也就是说,init中main.c中有一个start_kernel函数

在start_kernel函数的尾部调用了一个rest_init

0号进程

有一个全局变量init_task,即手工创建的PCB,0号进程,即最终的idle进程。0号进程一直存在,系统没有进程需要执行时调度到0号进程。

0号进程创建了1号进程和其他

rest_init()中有kernel_thread(kernel_init,NULL,CLONE_FS)

kernel_init中有run_init_process,

run_init_process创建了一号进程,默认路径下的程序。

init_process 一号进程,默认的

三、几个问题

  1. 为什么要编译内核?

    为了生成符号表。

  2. 怎么编译内核?

    1. 最简单的是make config,但是这个需要的时间很长
    2. make menuconfig,是图形化的界面,比上面更为方便
    3. make allnoconfig,所有能选no的都选no,简单粗暴。
  3. Makefile和config

    这两个和在一起能够决定内核中哪些需要被编译,哪些不会被编译。

四、实验截图

  1. 运行截图

  2. 第一个断点,start_kernel



  3. rest_init

  4. kernel_thread

  5. kernel_init

  6. run_init_process



五、学习总结

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