第三章
這一章接觸內核源代碼，對內核源碼進行編譯和調試跟蹤
一、預備知識：
內核：整個操作系統的最底層，它負責了整個硬件的驅動以及提供各種系統所需的內核功能。內核實質上是系統上面的一個文件而已，這個文件包含了驅動主機各項硬件的檢測程序與驅動模塊。當系統讀完BIOS并加載MBR內的引導裝載程序后，就能夠加載內核到內存當中。然后內核開始檢測硬件，掛載根目錄并取得內核模塊來驅動所有的硬件，之后調用/sbin/init就能依序啟動多有系統所需要的服務了。
Qemu :以GPL許可證分發源碼的模擬處理器，能啟動那些為不同中央處理器編譯的Linux程序。

二、構造一個簡單的Linux內核
構造的MenuOS系統是由Linux內核鏡像和根文件系統集成起來的。
Linux內核在PC上以文件的形式存在（保存成磁盤文件形式），就是所謂的“映像文件”。內核編譯（make）之后會生成兩個文件，一個Image，一個zImage，其中Image為內核映像文件，而zImage為內核的一種映像壓縮文件，Image大約為4M，而zImage不到2M。為了能使用zImage這個壓縮版本，必須在它的開頭加上解壓縮的代碼，將zImage 解壓縮之后才能執行，因此它的執行速度比Image要慢。但考慮到嵌入式系統的存儲空容量一般都比較小，內核要常駐內存，采用zImage可以占用較少的存儲空間，因此犧牲一點性能上的代價也是值得的，所以一般嵌入式系統均采用壓縮的內核映像文件，即zImage。
根文件系統首先是一種文件系統，該文件系統不僅具有普通文件系統的存儲數據文件的功能，但是相對于普通的文件系統，它的特殊之處在于，它是內核啟動時所掛載（mount）的第一個文件系統，內核代碼的映像文件保存在根文件系統中，系統引導啟動程序會在根文件系統掛載之后從中把一些初始化腳本（如rcS,inittab）和服務加載到內存中去運行。先將/dev/ram0掛載，而后執行/linuxrc.等其執行完后。切換根目錄，再掛載具體的根文件系統.根文件系統執行完之后，也就是到了Start_kernel()函數的最后，執行init的進程，也就第一個用戶進程。對系統進行各種初始化的操作。

在實驗樓中的虛擬機里，直接進入LinuxKernel目錄使用如下命令就可以運行Linux內核源碼和跟文件系統

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rotes.img

其中bzImage是vmlinux經過gzip壓縮后的文件，適用于大內核；vmLinux是編譯出來的最原始的內核ELF文件；initrd是內存根文件系統，只創建了一個rootfs.img，其中只有一個init的功能，用menu程序替代init, 內核啟動完成后進入menu程序。

三、跟蹤調試Linux內核的啟動過程
Qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rotes.img -s -S

-S CPU初始化之前將其凍結起來

-s 是默認在tcp::1234端口上創建了一個gdb-server

再打開一個窗口，啟動gdb，把內核加載進來，建立連接
file linux-3.18.6/vmlinux #把帶有符號表的內核鏡像加載進來
target remote:1234 #用tcp:1234端口來鏈接gdb server

然后在start_kernel函數和rest_init處設置端點，調試運行

四、對于start_kernel( )和rest_init( )的分析
start_kernel( )相當于main.c中的main函數，是首先運行的，在此函數調用之前，內核代碼主要是匯編語言編寫的，用于完成硬件系統的初始化工作，為C代碼的運行設置環境。這個函數主要進行各個模塊初始化工作，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。
init_task() ：0號進程，初始化的起點
struct task_struct init_task = INIT_TASK(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，并且init_task是唯一沒有通過fork方式產生的進程。

rest_init( ):
在此函數中調用kernel_thread進程來創建kernel_init和kthreadd內核線程

kernel_init()內核線程為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加載init程序，最后演變成用戶態1號進程——init進程。
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。
小結：
本周學習了Linux內核源代碼，對于內核的源代碼目錄，編譯過程有了進一步的了解，但在學習中總會遇到新的問題，例如kernel_thread進程是由init零號進程fork出來的，以及idle進程與0號進程的關系，內核線程與用戶進程的區別，這些問題在CSDN論壇中大部分都以解決，但發現內核內部的知識非常高深，還需多多查閱資料

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的2018-2019-1 20189210 《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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