2018-2019-1 20189221《Linux内核原理与分析》第四周作业

教材学习:《庖丁解牛Linux内核分析

第 3 章 MenuOS的构造

计算机三大法宝:存储程序计算机,函数调用堆栈,中断

操作系统两把宝剑:中断上下文,进程上下文

Linux内核源代码:

Linux内核使用的是第二周时下载的Linux-2.6版本

Linux内核目录:



init目录下的main.c函数:



start_kernel():



init_task():



rest_init():

随书学习很有收获,也算是为实验操作做了很多准备。

实验报告:实验 3 跟踪分析Linux内核的启动过程

实验流程

使用实验楼的虚拟机打开shell,内核启动完成后进入menu程序



使用gdb跟踪调试内核

  1. gdb
  2. gdbfile linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
  3. gdbtarget remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
  4. gdbbreak start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前,也可以在之后



设置断点:

使用list查看断点临近代码:



调试过程中:

代码分析

start_kernel()代码:

  1. asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
  2. {
  3. char *command_line;
  4. char *after_dashes;
  5. lockdep_init();
  6. set_task_stack_end_magic(&init_task);
  7. smp_setup_processor_id();
  8. debug_objects_early_init();
  9. boot_init_stack_canary();
  10. cgroup_init_early();
  11. local_irq_disable();
  12. early_boot_irqs_disabled = true;
  13. /*
  14. * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
  15. * enable them
  16. */
  17. boot_cpu_init();
  18. page_address_init();
  19. pr_notice("%s", linux_banner);
  20. setup_arch(&command_line);
  21. mm_init_cpumask(&init_mm);
  22. setup_command_line(command_line);
  23. setup_nr_cpu_ids();
  24. setup_per_cpu_areas();
  25. smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */
  26. build_all_zonelists(NULL, NULL);
  27. page_alloc_init();
  28. pr_notice("Kernel command line: %s\n", boot_command_line);
  29. parse_early_param();
  30. after_dashes = parse_args("Booting kernel",
  31. static_command_line, __start___param,
  32. __stop___param - __start___param,
  33. -1, -1, &unknown_bootoption);
  34. if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes))
  35. parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1,
  36. set_init_arg);
  37. jump_label_init();
  38. /*
  39. * These use large bootmem allocations and must precede
  40. * kmem_cache_init()
  41. */
  42. setup_log_buf(0);
  43. pidhash_init();
  44. vfs_caches_init_early();
  45. sort_main_extable();
  46. trap_init();
  47. mm_init();
  48. /*
  49. * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the
  50. * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()
  51. * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.
  52. */
  53. sched_init();
  54. * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely
  55. * fragile until we cpu_idle() for the first time.
  56. */
  57. preempt_disable();
  58. if (WARN(!irqs_disabled(),
  59. "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))
  60. local_irq_disable();
  61. idr_init_cache();
  62. rcu_init();
  63. context_tracking_init();
  64. radix_tree_init();
  65. /*
  66. init some links before init_ISA_irqs()
  67. */
  68. early_irq_init();
  69. init_IRQ();
  70. tick_init();
  71. rcu_init_nohz();
  72. init_timers();
  73. hrtimers_init();
  74. softirq_init();
  75. timekeeping_init();
  76. time_init();
  77. sched_clock_postinit();
  78. perf_event_init();
  79. profile_init();
  80. call_function_init();
  81. WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled early\n");
  82. early_boot_irqs_disabled = false;
  83. local_irq_enable();
  84. kmem_cache_init_late();
  85. /*
  86. * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before
  87. * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of
  88. * this. But we do want output early, in case something goes wrong.
  89. */
  90. console_init();
  91. if (panic_later)
  92. panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later,
  93. panic_param);
  94. lockdep_info();
  95. /*
  96. * Need to run this when irqs are enabled, because it wants
  97. * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs
  98. * too:
  99. */
  100. locking_selftest();
  101. #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  102. if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&
  103. page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {
  104. pr_crit("initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - disabling it.\n",
  105. page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),
  106. min_low_pfn);
  107. initrd_start = 0;
  108. }
  109. #endif
  110. page_cgroup_init();
  111. debug_objects_mem_init();
  112. kmemleak_init();
  113. setup_per_cpu_pageset();
  114. numa_policy_init();
  115. if (late_time_init)
  116. late_time_init();
  117. sched_clock_init();
  118. calibrate_delay();
  119. pidmap_init();
  120. anon_vma_init();
  121. acpi_early_init();
  122. #ifdef CONFIG_X86 /*与x86硬件相关代码 如果主板支持EFI的话*/
  123. if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES))
  124. efi_enter_virtual_mode();
  125. #endif
  126. #ifdef CONFIG_X86_ESPFIX64
  127. /* Should be run before the first non-init thread is created */
  128. init_espfix_bsp();
  129. #endif
  130. thread_info_cache_init();
  131. cred_init();
  132. fork_init(totalram_pages);
  133. proc_caches_init();
  134. buffer_init();
  135. key_init();
  136. security_init();
  137. dbg_late_init();
  138. vfs_caches_init(totalram_pages);
  139. signals_init();
  140. /* rootfs populating might need page-writeback */
  141. page_writeback_init();
  142. proc_root_init();
  143. cgroup_init();
  144. cpuset_init();
  145. taskstats_init_early();
  146. delayacct_init();
  147. check_bugs();
  148. sfi_init_late();
  149. if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES)) {
  150. efi_late_init();
  151. efi_free_boot_services();
  152. }
  153. ftrace_init();
  154. /* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */
  155. rest_init();
  156. }

start_kernel()分析:

lockdep_init(); //死锁检测模块初始化

debug_objects_early_init(); //初始化堆栈 此堆栈有额外的越界保护功能

page_address_init(); //初始化页表地址

pidhash_init(); //给新进程分配进程号

mm_init(); //初始化内存管理

sched_init(); //启动调度器

radix_tree_init(); //init some links before init_ISA_irqs() //初始化中断

rest_init()函数:

  1. static noinline void __init_refok rest_init(void)
  2. {
  3. int pid;
  4. rcu_scheduler_starting();
  5. /*
  6. * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
  7. * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
  8. * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
  9. */
  10. kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
  11. numa_default_policy();
  12. pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
  13. rcu_read_lock();
  14. kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
  15. rcu_read_unlock();
  16. complete(&kthreadd_done);
  17. /*
  18. * The boot idle thread must execute schedule()
  19. * at least once to get things moving:
  20. */
  21. init_idle_bootup_task(current); /*idle初始化*/
  22. schedule_preempt_disabled();
  23. /* Call into cpu_idle with preempt disabled */
  24. cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
  25. }

rest_init()分析:

int pid; //定义进程号

kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); //初始化内核线程

本周小结

  • 这周学习时间上按照计划完成,较之之前两周都轻松许多
  • 这周遇到的问题不确定是怎样的问题:

    问题一:一开始实验时,QEMU窗口无反应,点击则实验楼的实验环境宕机



    解决:个人认为是实验楼的原因,因为第二天我再次进行实验时:



    两个小时之后再次尝试实验楼才恢复正常

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