Linux实验总结

原创已于 2022-07-05 15:38:45 修改 · 783 阅读

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#linux #ubuntu

于 2022-07-01 22:52:03 首次发布

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本文介绍使用mykernel在Ubuntu环境下编译Linux内核的过程，实现基于时间片轮转调度的多道程序运行，并通过QEMU进行测试。此外，还涉及系统调用跟踪、动态链接库的使用等内容。

Linux实验总结：

运行mykernel

环境：ubuntu 18.04，实测21.04的默认GCC版本编译完无法生成bzImage

步骤

wget https://raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch
sudo apt install axel
axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz
xz -d linux-5.4.34.tar.xz
tar -xvf linux-5.4.34.tar
cd linux-5.4.34
patch -p1 < ../mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch
sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
make defconfig # Default configuration is based on 'x86_64_defconfig'
make -j$(nproc) # 编译的时间比较久哦
sudo apt install qemu qemu-system-x86 # install QEMU
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

结果

请添加图片描述

基于mykernel的极简内核

修改内核代码，使用时间片轮转调度多道程序

下载mykernel代码，并将mypcb.h; mymain.c; myinterrupt.c复制替换到Linux内核中的mykernel文件夹，重新编译

make defconfig
make -j$(nproc)
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

请添加图片描述

Debug Linux Kernel

根据参考资料PPT上的步骤，在Linux内核文件夹编译内核make并make install，使用qemu验证无文件系统时的内核，会出现内核异常，之后配置根文件系统。请添加图片描述

完成内存跟系统镜像后，不要手贱更新系统，否则将无法正常启动。
请添加图片描述

跟踪启动

请添加图片描述

start_kernel()静态创建0号进程init_task，最终成为idle进程，init_task进程的内核栈通过静态方式分配
rest_init()，Linux内核初始化的尾声，做了很多剩下的初始化工作。调用kernel_thread()，通过fork创建内核进程，1号进程init和2号进程kthreadd，其中调用了kernel_init()
kernel_init()，通过调用do_execve()来执行根文件系统的init文件，其中调用了run_init_process()
run_init_process()通过execve()来运行init程序
kthreadd用来管理系统的资源

跟踪系统调用

测试代码

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
 
int main(int argc, char *argv[]){
    char buffer[80] = "/tmp/test";
    int fd = open(buffer, O_RDONLY);
    int size = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    close(fd);
}

静态编译

gcc -g -static -o test_open test_open.c

使用gdb调试，使用disas命令查看汇编
在这里插入图片描述
可见在0x4488a0位置调用了open64，打开open64

跟踪fork

打断
跟踪

copy_process复制父进程信息
wake_up_new_task将子进程加入调度队列等待分配CPU资源
copy_process调用dup_task_struct复制父进程的数据结构、以及进行初始化、信息检查等工作
copy_process调用copy_thread来初始化子进程的内核栈，设置pid
ret_from_fork结束。

动态链接库

装载时动态的shared lib

照着PPT创建shlibexample.h/shlibexample.c，注意注释与中文符号
编译生成.so文件gcc -shared shlibexample.c -o libshlibexample.so

运行时动态的dynamic lib

照着PPT创建dllibexample.h / dllibexample.c，注意注释与中文符号
编译生成.so文件gcc -shared dllibexample.c -o libdllibexample.so

测试动态链接

创建测试文件main.c，（PPT上的代码不全，得看src文件夹里的源码）

#include <stdio.h>
#include "shlibexample.h" 
#include <dlfcn.h>

int main()
{
    printf("This is a Main program!\n");
    /* 装载时动态链接 */
    printf("Calling SharedLibApi() function of libshlibexample.so!\n");
    SharedLibApi();
    
    /* 运行时动态链接 */
    void * handle = dlopen("libdllibexample.so",RTLD_NOW);
    if(handle == NULL)
    {
        printf("Open Lib libdllibexample.so Error:%s\n",dlerror());
        return   FAILURE;
    }
    int (*func)(void);
    char * error;
    func = dlsym(handle,"DynamicalLoadingLibApi");
    if((error = dlerror()) != NULL)
    {
        printf("DynamicalLoadingLibApi not found:%s\n",error);
        return   FAILURE;
    }    
    printf("Calling DynamicalLoadingLibApi() function of libdllibexample.so!\n");
    func();  
    dlclose(handle);
    return SUCCESS;
}