20242828《Linux内核原理与分析》第四周作业

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#linux #服务器 #运维

《Linux内核原理与分析》第四周作业

一、启动menu程序

在实验楼的配置环境打开shell，内核启动完成后将进入menu程序

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

二、调试跟踪内核

在shell中输入以下命令

$ 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：
# 1. -S
#   -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# 2. -s
#   -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

打开另一个shell窗口，使用gdb 跟踪调试内核

# 打开 GDB 调试器
$ gdb

# 在 GDB 中输入以下命令：

# 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux

# 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
（gdb）target remote:1234

# 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后
（gdb）break start_kernel

断点设置后，输入c，继续运行程序，程序将在start_kernel处暂停

使用list，查看start_kernel()函数上文代码

再在函数rest_init处设置一个断点，输入c继续运行

使用list查看断点rest_init附近代码

总结

start_kernel 是 Linux 内核的入口点之一，位于 init/main.c 中。它的主要任务是初始化系统的硬件和数据结构，最终启动 init 进程。可以通过设置断点 b start_kernel 来观察内核启动的早期阶段。

rest_init 函数，负责启动系统中的两个最核心的进程：

1、idle 进程（进程号0）：

这是内核调度器的初始进程，专门在系统空闲时运行。在 SMP 系统中，它会为每个 CPU 创建一个 idle 进程。
cpu_idle 是这个进程的主要函数，它让 CPU 进入低功耗状态，等待调度新任务。

2、init 进程（进程号1）：

kernel_thread 函数在此处用于创建 init 进程。
init 进程是用户空间的第一个进程，它最终会从磁盘加载用户空间的 init 可执行文件（通常是 /sbin/init 或 /bin/init）。

在 GDB 中可以通过断点 b kernel_init 来跟踪 init 进程的创建过程。

Linux 内核的启动过程可以概括为：

1、start_kernel 阶段：

系统从硬件启动开始，通过 BIOS 或者 UEFI 加载内核映像。
start_kernel 负责初始化系统架构、内存管理、调度器、中断系统等核心功能。

2、rest_init 阶段：

内核创建两个重要的进程：idle 进程（进程0）和 init 进程（进程1）。
idle 进程是调度器空闲时运行的进程，它负责在系统没有其他任务时让 CPU 进入空闲状态。

3、init 进程启动：

init 进程是系统启动过程中最重要的用户空间进程。它负责加载和启动其他系统服务和守护进程。init 进程的进程号为 1，是所有用户空间进程的祖先。

4、idle 进程：

idle 进程是 CPU 空闲时的默认进程，它通过 cpu_idle 函数在系统调度中循环运行。

总结而言，Linux 系统的启动过程首先通过 start_kernel 完成硬件初始化，创建 idle 进程和 init 进程，并最终启动用户空间的初始化进程（/sbin/init）。idle 进程作为调度器的空闲任务，而 init 进程作为所有用户进程的父进程。