MenuOS的构造

Linux内核

本周学习了Linux内核的基本目录结构，通过qemu构建了简单的Linux内核，并利用gdb工具进行调试，了解了内核的启动过程。

• Linux的目录结构
  
• 关键的目录
  arch：与体系结构相关的子目录列表。
  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，里面分门别类地存放了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，里面列出了Linux支持的各种文件系统的实现。
  include：头文件目录，存放公共的头文件。
  init：init是初始化的意思，存放Linux内核启动时的初始化代码。
  ipc：存放Linux支持的IPC的代码实现。
  kernel：存放内核本身需要的一些核心代码文件。其中有很多关键代码，包括pid--进程号等。
  lib：公用的库文件，里面是一些公用的库函数。
  mm：存放LInux的内存管理代码。
  net：网络相关的代码，譬如TCP/IP协议栈等。

构建简单的Linux内核

按照书上说写，首先在网络上下载Linux的内核源代码并解压编译，而后再制作好根文件系统，即可在qemu中运行不带调试信息的Linux内核和MenuOS

跟踪调试Linux内核的启动过程

本过程在实验楼中完成：

通过qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s指令，我们打开含有调试功能的内核窗口，并在打开新的终端通过gdb调试内核。

在gdb中输入

file linux-3.18.6/vmlinux 打开vmlinux文件

target remote:1234 连接到内核的1234端口

这样就可以开始对内核进行调试

在gdb中，我们可以插入函数断点来查看start_kernel()等函数的上下文情况。

代码分析

start_kernel() 函数

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void){    char *command_line;    char *after_dashes;    /*     * Need to run as early as possible, to initialize the     * lockdep hash:     */    lockdep_init();    set_task_stack_end_magic(&init_task);    smp_setup_processor_id();    debug_objects_early_init();    /*     * Set up the the initial canary ASAP:     */    boot_init_stack_canary();    cgroup_init_early();    local_irq_disable();    early_boot_irqs_disabled = true;/* * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then * enable them */    boot_cpu_init();    page_address_init();    pr_notice("%s", linux_banner);    setup_arch(&command_line);    mm_init_cpumask(&init_mm);    setup_command_line(command_line);    setup_nr_cpu_ids();    setup_per_cpu_areas();    smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */    build_all_zonelists(NULL, NULL);    page_alloc_init();    pr_notice("Kernel command line: %s\n", boot_command_line);    parse_early_param();    after_dashes = parse_args("Booting kernel",                  static_command_line, __start___param,                  __stop___param - __start___param,                  -1, -1, &unknown_bootoption);    if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes))        parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1,               set_init_arg);    jump_label_init();    /*     * These use large bootmem allocations and must precede     * kmem_cache_init()     */    setup_log_buf(0);    pidhash_init();    vfs_caches_init_early();    sort_main_extable();    trap_init();    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();    /*     * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely     * fragile until we cpu_idle() for the first time.     */    preempt_disable();    if (WARN(!irqs_disabled(),         "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))        local_irq_disable();    idr_init_cache();    rcu_init();    context_tracking_init();    radix_tree_init();    /* init some links before init_ISA_irqs() */    early_irq_init();    init_IRQ();    tick_init();    rcu_init_nohz();    init_timers();    hrtimers_init();    softirq_init();    timekeeping_init();    time_init();    sched_clock_postinit();    perf_event_init();    profile_init();    call_function_init();    WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled early\n");    early_boot_irqs_disabled = false;    local_irq_enable();    kmem_cache_init_late();    /*     * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before     * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of     * this. But we do want output early, in case something goes wrong.     */    console_init();    if (panic_later)        panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later,              panic_param);    lockdep_info();    /*     * Need to run this when irqs are enabled, because it wants     * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs     * too:     */    locking_selftest();｝

start_kernel() 函数在main.c中充当着C语言中main函数的作用，打开系统后，内核将会首先调用汇编语言编写的硬件系统的初始化工作程序，为C代码配置好运行环境，而后首先调用的就是start_kernel() 函数。start_kernel() 函数的运行过程中将调用各个内核模块的初始化函数，其中包括但不限于trap_init()中断向量初始化，mm_init()内存管理初始化，sched_init()调度模块初始化等。在初始化的过程中，函数将会首先生成一个init_task进程（进程0），由0进程负责内核模块的初始化；而后在初始化的过程中，0进程将会生成kernel_init线程（内核线程1）和kthreadd线程（内核线程2），这两个线程将分别衍生用户进程以及其他内核进程，在初始化完成后，0进程将转化为idle空进程。

问题与解决

• 在主机中配置调试信息时，在make的过程中gcc报错。
  
  错误原因是内存不足，以至于调试信息未写入vmlinux文件，导致gdb无法对Linux内核启动程序进行调试。
  
  在网上查阅后说可以通过扩大stack size解决，但是调整后问题任无法解决，因此调试部分在实验楼中完成。