1.搭建环境

cd ~/Work/
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.18.6.tar.xz
xz -d linux-3.18..tar.xz
tar -xvf linux-3.18..tar
cd linux-3.18.
make i386_defconfig
make
cd ~/Work/
mkdir rootfs
git clone https://github.com/mengning/menu.git # 话说这里为什么用MenuOS 我个人觉得老师一来是节约编译时间 二来也可以做做广告
cd menu
sudo apt-get install libc6:i386 lib32stdc++ # 这两行安装非常有必要
sudo apt-get install lib32readline-gplv2-dev # 在64bit的Ubuntu环境下不能编译这个MenuOS的roofs 需要这些包来支持 即使用了-m32
gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static -lpthread
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip - > ../rootfs.img
cd ~/Work/
qemu -kernel linux-3.18./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
sudo apt-get install libncurses5-dev # 保证make menuconfig可用
make menuconfig
kernel hacking->
copile-time checks and compile options
[*] compile the kernel with debug info
qemu -kernel linux-3.18./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
# -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# -s shorthand for -gdb tcp:: 若不想使用1234端口,则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项

然后打开另一个shell窗口

gdb
(gdb)file linux-3.18./vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
(gdb)target remote: # 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

2.分析start_kernel

可以在http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/init/main.c找到start_kernel所在函数的源代码。

关注需要关注的,删除不必要的代码:

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
//init_task即手工创建的PCB,0号进程即最终的idle进程
set_task_stack_end_magic(&init_task);
//初始化中断向量
trap_init();
//内存管理模块
mm_init(); /*
* Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the
* timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()
* time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.
*/
sched_init();
//内核启动时一直存在,0号进程创建了1进程和其他服务的内核的进程
rest_init();
}

执行start_kernel时,会对CPU、内存等各种硬件设备进行初始化,并加载非常多的不同内核模块。

rest_init是linux内核初始化进程的函数。如果在它执行之前自行创建我们自己的进程,并且利用自己的调度算法来调度之后创建的进程,那么rest_init则永远不会被执行,因为在它执行之前,自己创建的进程已经在轮转调度不会结束(如mykernel环境的搭建)。

再看rest_init

static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
int pid; rcu_scheduler_starting();
/*
* We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
* the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
* we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
*/
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); //创建新进程
numa_default_policy();
//创建内核进程,管理系统资源
pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
rcu_read_lock();
kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
rcu_read_unlock();
complete(&kthreadd_done); /*
* The boot idle thread must execute schedule()
* at least once to get things moving:
*/
init_idle_bootup_task(current);
schedule_preempt_disabled();
/* Call into cpu_idle with preempt disabled */
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

分析上述kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS)中kernel_init部分代码

if (ramdisk_execute_command) {
ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);
if (!ret)
return ;
pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n",ramdisk_execute_command, ret);
}

run_init_process是linux系统的1号进程,第一个用户态进程,默认在根目录下,如果根目录下没有继续找/sbin/init/,/bin/init/等来作为1号进程。

分析上述pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES)中kernel_thread代码

pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
{
return do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED, (unsigned long)fn,
(unsigned long)arg, NULL, NULL);
}

kernel_thread实际上就是取fork一个线程

分析上述cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE)中cpu_idle_loop()

static void cpu_idle_loop(void)
{
while () {
/*
* If the arch has a polling bit, we maintain an invariant:
*
* Our polling bit is clear if we're not scheduled (i.e. if
* rq->curr != rq->idle). This means that, if rq->idle has
* the polling bit set, then setting need_resched is
* guaranteed to cause the cpu to reschedule.
*/ __current_set_polling();
tick_nohz_idle_enter(); while (!need_resched()) {
check_pgt_cache();
rmb(); if (cpu_is_offline(smp_processor_id()))
arch_cpu_idle_dead(); local_irq_disable();
arch_cpu_idle_enter(); /*
* In poll mode we reenable interrupts and spin.
*
* Also if we detected in the wakeup from idle
* path that the tick broadcast device expired
* for us, we don't want to go deep idle as we
* know that the IPI is going to arrive right
* away
*/
if (cpu_idle_force_poll || tick_check_broadcast_expired())
cpu_idle_poll();
else
cpuidle_idle_call(); arch_cpu_idle_exit();
} /*
* Since we fell out of the loop above, we know
* TIF_NEED_RESCHED must be set, propagate it into
* PREEMPT_NEED_RESCHED.
*
* This is required because for polling idle loops we will
* not have had an IPI to fold the state for us.
*/
preempt_set_need_resched();
tick_nohz_idle_exit();
__current_clr_polling(); /*
* We promise to call sched_ttwu_pending and reschedule
* if need_resched is set while polling is set. That
* means that clearing polling needs to be visible
* before doing these things.
*/
smp_mb__after_atomic(); sched_ttwu_pending();
schedule_preempt_disabled();
}
}

当系统没有进程需要执行时就调度到idle进程

3.回顾总结

rest_init当start_kernel启动时会一直存在(0号进程),再0号进程创建1号进程及其服务的内核进程。最后,会创建idle进程(0号进程),不能被调度,并利用循环来不断调号空闲的CPU时间片,并且从不返回。

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