《Linux內核原理與分析》第四周學習總結：

1.課本知識總結：

本章內容并不多，首先是介紹了一些Linux內核源代碼的目錄結構，并基于Linux內核源代碼構造一個簡單的操作系統MenuOS，同時在MenuOS啟動過程中跟蹤分析Linux內核的啟動過程。
操作系統的“兩把寶劍”：中斷上下文、進程上下文。其中中斷上下文的切換主要用來保存現場和恢復現場，而進程上下文實際上是進程執行活動全過程的靜態描述。
書中所描述的一切內容都是基于Linux內核3.18.6版本，其中Linux內核源碼的目錄包括以下這些：

其中我們主要關注arch目錄，因為它里面存放了許多CPU體系結構的相關代碼；
當然也有幾個比較關鍵的目錄：
block: 存放Linux存儲體系中關于塊設備管理的代碼；
crypto：存放常見的加密算法的C語言代碼；
init（初始化）：存放Linux內核啟動時的初始化代碼；
ipc目錄：存放Linux支持的IPC（進程間通信）的代碼實現；
kernel：存放內核本身需要的一些核心代碼文件；等等。

2.構造一個簡單的Linux內核：

由于實驗是在實驗樓上進行的，已經搭好了環境，所以不再過多進行描述。
這里主要講如何在自己的虛擬機搭環境，構建一個簡單的Linux內核：
首先是進行Linux3.18.6內核版本的下載，下載好后編譯并運行，雖然等待時間很長，但自己動手做一遍覺得會有不同的收獲。


運行后我們可以進行根文件系統的制作，這樣就可以啟動不帶調試信息的Linux內核和MenuOS了：

3.重點實驗：跟蹤分析Linux內核的啟動過程

雖然實驗對照書上內容看操作并不難，但理解起來確實蠻難的。
第一步:使用gdb跟蹤調試內核，首先命令中有-s與-S參數的加入:
-S：freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution) 在系統啟動的時候凍結CPU，使用c鍵繼續執行后續操作；
-s：shorthand for -gdb tcp::1234 打開遠程調試端口，默認使用tcp協議1234端口，若不想使用1234端口，則可以使用-gdb tcp:xxxx來取代-s選項 。
這個指令的作用是在開始的時候就讓CPU停止在啟動的那一刻，我們可以看到如下的界面：

第二步：再打開一個窗口，水平分割，啟動gdb，把內核加載進來，建立連接，并設置相應斷點加用‘c’運行：

第三步：對內核啟動的有關分析：
(1)start_kernel()
main.c 中沒有 main 函數，start_kernel() 相當于是C中的main函數。start_kernel是一切的起點，在此函數被調用之前內核代碼是用匯編語言寫的，完成系統的初始化工作，為c代碼的運行設置環境。由調試可得 start_kernel 在500行：

(2)init_task()
start_kernel() 函數幾乎涉及到了內核的所有模塊，如：trap_init()（中斷向量的初始化）、mm_init()（內存管理的初始化）sched_init()（調度模塊的初始化）等，首先是510行的init_task()：

可以看出 init_task(0號進程)是 task_struct 類型，是進程描述符，使用宏INIT_TASK對其進行初始化。接下來就是對各種模塊的初始化。
(3)rest_init()
通過rest_init（）新建kernel_init、kthreadd內核線程：

在403行代碼中調用 kernel_thread()創建1號內核線程（在 kernel_init 函數正式啟動）。
這里對比一下init_task 和 kernel_thread()：

kernel_thread()是 fork 出了一個新進程來執行kernel_init 函數，而 init_task 是使用宏進行初始化的。也就是說0進程不是系統通過 kernel_thread 的方式（也就是 fork）創建的（init_task 是唯一一個沒有通過 fork()產生的進程）。
在405行代碼中調用 kernel_thread()執行 kthreadd函數，創建 PID=2的內核線程：

kthreadd函數的任務是管理和調度其他內核線程 kernel_thread。for 循環中運行 kthread_create_list 全局鏈表中維護的 kthread, 在create_kthread()函數中，會調用 kernel_thread 來生成一個新的進程并被加入到此鏈表中，因此所有的內核線程都是直接或者間接的以 kthreadd 為父進程。

總結：
(1)init_task()（PID=0）在創建了init進程后，調用 cpu_idle() 演變成了idle進程，執行一次調度后，init進程運行；
(2)1號內核線程負責執行內核的部分初始化工作及進行系統配置，最后調用do_execve執行 init 函數，演變成 init 進程（用戶態1號進程），init 進程是內核啟動的第一個用戶級進程；
(3)kthreadd（PID=2）進程由0號進程創建，始終運行在內核空間, 負責所有內核線程的調度和管理 。

4.個人理解分析及遇到的一些問題：

上述描述的基本都是書上的內容，比較官方也比較難理解。本章內容不多，操作難度也不大，但理解難度很大。
首先，幾乎所有的內核模塊均會在start_kernel進行初始化。在start_kernel中，會對各項硬件設備進行初始化，包括一些page_address、tick等等，直到最后需要執行的rest_init中，會開始讓系統跑起來。
那么，rest_init這個過程中，會調用調用kernel_thread來創建內核線程kernel_init，它創建用戶的init進程，初始化內核，并設置成1號進程，這個進程會繼續做相關的系統初始化；
然后，start_kernel會調用kernel_thread并創建kthreadd，負責管理內核中得所有線程，然后進程ID會被設置為2；
最后，會創建idle進程（0號進程），不能被調度，并利用循環來不斷調號空閑的CPU時間片，并且從不返回。

問題:
(1)本章學習中遇到了許多陌生的指令和術語，一邊操作過程中一邊查閱有關資料，但對有些術語還是不太理解。
(2)在自己虛擬機上搭建環境時，Linux-3.18.6內核版本根據書中鏈接進行下載網速太慢，于是便在Linux官網上進行下載然后解壓運行。
(3)“gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static –lpthread”執行這句話的時候gcc報錯出現：找不到lpthread？

轉載于:https://www.cnblogs.com/aiYY/p/9892889.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2018-2019-1 20189213《Linux内核原理与分析》第四周作业的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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