2019-2020-1 20199329《Linux内核原理与分析》第四周作业

《Linux内核原理与分析》第四周作业

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一.上周问题总结：

• 虚拟机环境缺少部分库文件
• 书本知识使用不够熟练

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二.本周学习内容：

1.实验楼环境使用gdb跟踪调试内核

1.1 在该环境下输入如下命令启动menuos：

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

实践截图如下：

1.2 使用gdb跟踪调试内核

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

另开shell窗口，进入Linuxkernel目录下输入gdb，在gdb下设置断点

file linux-3.18.6/vmlinux  #加载符号表
target remote:1234  #建立gdb和gdbserver之间的连接
break start_kernel  #设置断点
c   #让qemu上的linux继续运行
break rest_init #设置另一个断点
c  #继续执行

操作步骤截图如下：

结果如下：

2.分析start_kernel函数的执行过程

start_kernel( )函数完成了Linux内核的初始化工作。每个内核部件都是用这个函数进行初始化的。

• 调用sched_init()函数来初始化调度程序
• 调用build_all_zonelists()函数俩初始化内存管理
• 调用page_alloc_init()函数来初始化伙伴系统分配程序
• 调用trap_init()函数和init_IRQ()函数以初始化IDT
• 调用softing_init()函数初始化TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ（软中断）
• 调用time_init（）初始化系统日期时间
• 调用kmem_cache_init()函数初始化slab分配器（普通和高速缓存）
• 调用calibrate_delay()函数用于确定CPU时钟（延迟函数）
• 调用kernel_thread()函数为进程1创建内个线程，这个内核线程又会创建其他的内核线程并执行/sbin/init程序
• 在start_kernel（）开始执行之后会显示linux版本，除此之外，在init程序和内核线程执行的最后阶段还会显示很多其他信息。最后，就会在控制台上出现熟悉的登陆提示，通知用户Linux内核已经启动正在运行。

代码如下图：

3.Linux内核源码目录

• arch：用于存放CPU体系结构的相关代码。
• block：存放Linux存储体系中关于块设备管理的代码。
• crypto：存放常见的加密算法的C语言代码。
• Documentation：存放一些文档。
• drivers：驱动目录，分类别存放了Linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
• firmware：固件。
• fs：文件系统，存放了Linux支持的各文件系统的实现。
• include：头文件目录，存放公共的头文件。
• init：存放Linux内核启动时的初始化代码。
• lib：存放Linux的共用库文件。
• mm：存放内存管理。
• net：存放Linux网络的相关代码。
• README:内核文件解读文档。

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三.总结与疑难

Linux内核启动过程为：最初执行的进程即是0号进程init_task，它是在系统初始化阶段由start_kernel()函数从无到有手工创建的一个内核线程，进程0在创建1号内核线程kernel_init后，调用cpu_idle()成为idle进程，而idle进程就是当系统没有进程需要执行的时候来调度用的。

1号内核进程负责执行内核的部分初始化工作及进行系统配置，然后使用kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS)函数（也就是fork方式）建立了pid=1的1号进程，也叫init进程（用户态1号进程），成为系统中的其他所有进程的祖先，当调度程序选择到init进程时，init进程继续完成剩下的初始化工作。然后调用kernel_thread执行kthreadd，创建PID为2的内核线程，这一进程始终运行在内核空间，负责所有内核线程的调度和管理。

QUSTION：

• 如何使用虚拟机环境配置和编译内核

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四.下周计划

• [ ] 完成书本上的课后习题
• [ ] 尝试使用虚拟机环境研究内核

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2019 年 10月 4日