构造一个简单的Linux系统MenuOS

本文介绍如何使用实验楼的虚拟机及gdb调试Linux内核，并详细分析了start_kernel函数的工作流程。从启动虚拟机到跟踪调试内核，再到start_kernel函数内部的初始化过程，包括创建init进程和idle进程等关键步骤。

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《Linux内核分析》MOOC课程：在线课程链接http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、操作过程

1.使用实验楼的虚拟机打开shell

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

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 # 关于-s和-S选项的说明：
 # -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
 # -s shorthand for -gdb tcp::1234 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

二、分析 start_kernel函数的执行过程

在start_kernel中进行一系列极为重要的初始化。最后执行位于init/main.c中的rest_init()来创建系统的第一个进程init。至此，内核启动完成。之后init进程会进行一些初始化和根文件系统挂载。

在start_kernel()的最后，系统会调用rest_init()，通过执行其中的kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND)来创建系统的第一个进程，即init进程。Init进程首先进行一系列的硬件初始化，然后挂载根文件系统。最后 init 进程会执行用户传递过来的“init＝”启动参数执行用户指定的命令，或者执行以下几个进程之一：
execve(“/sbin/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/etc/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/bin/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/bin/sh”,argv_init,envp_init)。

如果这些都无法执行(无法找到)，系统的启动会宣告失败。Init启动后，会读取/etc/inittab这一配置文件，根据inittab文件内容进行一些设置或对一些指令做出解释。

三、总结

idle是一个进程，其pid号为 0。其前身是系统创建的第一个进程，也是唯一一个没有通过fork()产生的进程。每个处理器单元有独立的一个运行队列，而每个运行队列上又有一个idle进程，即有多少处理器单元，就有多少idle进程。
加载linux内核开始运行后，进程开始执行start_kernel()完成Linux内核的初始化工作。包括初始化页表，初始化中断向量表，初始化系统时间等。继而调用 fork(),创建第一个用户进程: kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); 这个进程就是着名的pid为1的init进程，它会继续完成剩下的初始化工作，然后execve(/sbin/init), 成为系统中的其他所有进程的祖先。这就是我们看到的init进程，进程号为1。初始化的最后linux调用scheule()整个系统就运行起来了。可以用进程查看命令来验证 # ps aux 。