Linux学习第三周 Linux内核启动过程

一.知识点回顾

1.计算机的“三个法宝”：存储程序计算机，中断，函数调用堆栈；

2.操作系统的“两把宝剑”：中断上下文的切换（保存现场和恢复现场），进程上下文的切换。

二.实验内容

1.启动menuos

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

menuos启动成功。

2.利用gdb跟踪调试内核

1. 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：
2. # -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
3. # -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

另打开一个shell窗口

1. gdb
2. （gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
3. （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
4. （gdb）break start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后

设置断点rest_init()

三.总结

1.start_kernel函数

start_kernel函数完成linux内核的初始化。几乎每个内核部件都是由这个函数进行初始化的。

调用sched_init函数初始化调度程序；

电泳trap_init函数和init_IRQ函数来完成IDT初始化；

调用time_init()函数来初始化系统日期和时间；

调用kernel_thread()函数为进程1创建内核线程，这个内核线程又会创建其他的内核线程并执行。

2init_task进程和idle进程

init_task进程在Linux中属于一个比较特殊的进程，它是内核开发者人为制造出来的，而不是其他进程通过do_fork来完成。Linux在无进程概念的情况下将一直从初始化部分的代码执行到start_kernel，然后再到其最后一个函数调用rest_init。从rest_init开始，Linux开始产生进程，因为init_task是静态制造出来的，pid=0，它试图将从最早的汇编代码一直到start_kernel的执行都纳入到init_task进程上下文中。在rest_init函数中，内核将通过下面的代码产生第一个真正的进程(pid=1):

1. static noinline void __init_refok rest_init(void)
   
2. {
   
3.     ...
   
4.     kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
   
5.     ...
   
6.     cpu_idle();
   
7. }

kernel_init函数最有意思的地方在于它会通过调用kernel_execve来执行根文件系统下的/sbin/init文件(所以此前系统根文件系统必须已经就绪)，kernel_execve对用户空间程序/sbin/init的调用发起自int $0x80，这是个从内核空间发起的系统调用，与call_usermodehelper函数本质上是完全一样的。

而此时init_task的任务基本上已经完全结束了，它将沦落为一个idle task，事实上在更早前的sched_init（）函数中，通过init_idle(current, smp_processor_id())函数的调用就已经把init_task初始化成了一个idle task，init_idle函数的第一个参数current就是&init_task，在init_idle中将会把init_task加入到cpu的运行队列中，这样当运行队列中没有别的就绪进程时，init_task（也就是idle task)将会被调用，它的核心是一个while(1)循环，在循环中它将会调用schedule函数以便在运行队列中有新进程加入时切换到该新进程上。