分析Linux内核的启动过程

第一章环境

Ubuntu 14.10

Linux Kernel 3.18.6

第二章代码及调试过程

环境搭建与内核准备：

cd ~/LinuxKernel/
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.18.6.tar.xz
xz -d linux-3.18.6.tar.xz
tar -xvf linux-3.18.6.tar
cd linux-3.18.6
make i386_defconfig
make 

cd ~/LinuxKernel/
mkdir rootfs
git clone  https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static –lpthread
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img

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

重新编译内核：

make menuconfigkernel hacking—>compile-time checks and compile options[*] compile the kernel with debug info

开始调试：

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S

同时另开一个窗口，运行GDB：

gdb（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux （gdb）target remote:1234 （gdb）break start_kernel

(gdb)list

这一次代码就不贴出来了，在init/mian.c下，主要是代码太长。
http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/init/main.c

单击相应的链接可以找到引用的变量位置，我下载了几个。

这里打算分析:

cpu_startup_entry

page_address_init()

rest_init()

page_alloc_init()

trap_init()

tick_init()

profile_init()

key_init()

security_init()

buffer_init()

init_task 0号进程

run_init_process(const char *init_filename) 1号进程

0号进程init_task的结构：

#define INIT_TASK(tsk)	\
{									\
	.state		= 0,						\
	.stack		= &init_thread_info,				\
	.usage		= ATOMIC_INIT(2),				\
	.flags		= PF_KTHREAD,					\
	.prio		= MAX_PRIO-20,					\
	.static_prio	= MAX_PRIO-20,					\
	.normal_prio	= MAX_PRIO-20,					\
	.policy		= SCHED_NORMAL,					\
	.cpus_allowed	= CPU_MASK_ALL,					\
	.nr_cpus_allowed= NR_CPUS,					\
	.mm		= NULL,						\
	.active_mm	= &init_mm,					\
	.se		= {						\
		.group_node 	= LIST_HEAD_INIT(tsk.se.group_node),	\
	},								\
	.rt		= {						\
		.run_list	= LIST_HEAD_INIT(tsk.rt.run_list),	\
		.time_slice	= RR_TIMESLICE,				\
	},								\
	.tasks		= LIST_HEAD_INIT(tsk.tasks),			\
	INIT_PUSHABLE_TASKS(tsk)					\
	INIT_CGROUP_SCHED(tsk)						\
	.ptraced	= LIST_HEAD_INIT(tsk.ptraced),			\
	.ptrace_entry	= LIST_HEAD_INIT(tsk.ptrace_entry),		\
	.real_parent	= &tsk,						\
	.parent		= &tsk,						\
	.children	= LIST_HEAD_INIT(tsk.children),			\
	.sibling	= LIST_HEAD_INIT(tsk.sibling),			\
	.group_leader	= &tsk,						\
	RCU_POINTER_INITIALIZER(real_cred, &init_cred),			\
	RCU_POINTER_INITIALIZER(cred, &init_cred),			\
	.comm		= INIT_TASK_COMM,				\
	.thread		= INIT_THREAD,					\
	.fs		= &init_fs,					\
	.files		= &init_files,					\
	.signal		= &init_signals,				\
	.sighand	= &init_sighand,				\
	.nsproxy	= &init_nsproxy,				\
	.pending	= {						\
		.list = LIST_HEAD_INIT(tsk.pending.list),		\
		.signal = {{0}}},					\
	.blocked	= {{0}},					\
	.alloc_lock	= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(tsk.alloc_lock),		\
	.journal_info	= NULL,						\
	.cpu_timers	= INIT_CPU_TIMERS(tsk.cpu_timers),		\
	.pi_lock	= __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(tsk.pi_lock),	\
	.timer_slack_ns = 50000, /* 50 usec default slack */		\
	.pids = {							\
		[PIDTYPE_PID]  = INIT_PID_LINK(PIDTYPE_PID),		\
		[PIDTYPE_PGID] = INIT_PID_LINK(PIDTYPE_PGID),		\
		[PIDTYPE_SID]  = INIT_PID_LINK(PIDTYPE_SID),		\
	},								\
	.thread_group	= LIST_HEAD_INIT(tsk.thread_group),		\
	.thread_node	= LIST_HEAD_INIT(init_signals.thread_head),	\
	INIT_IDS							\
	INIT_PERF_EVENTS(tsk)						\
	INIT_TRACE_IRQFLAGS						\
	INIT_LOCKDEP							\
	INIT_FTRACE_GRAPH						\
	INIT_TRACE_RECURSION						\
	INIT_TASK_RCU_PREEMPT(tsk)					\
	INIT_TASK_RCU_TASKS(tsk)					\
	INIT_CPUSET_SEQ(tsk)						\
	INIT_RT_MUTEXES(tsk)						\
	INIT_VTIME(tsk)							\
}

第三章调试

设置断点：一共13个。

命令为：

(gdb)break <function name>

接着输入c进行调试。

流程如下：

分析Linux内核的启动过程

来几张有代表性的调试图片：

start_kernel:

分析Linux内核的启动过程

page_address_init:

分析Linux内核的启动过程

buffer_init:

分析Linux内核的启动过程

security_init:

分析Linux内核的启动过程

cpu_startup_entry:

分析Linux内核的启动过程

run_init_process:

分析Linux内核的启动过程

第四章总结

通过这个方式我们知道了，Linux内核通过调用那些函数来启动，看起来在启动的时候只有些跳动的字符，可是在内部是很忙碌的。希望以后能了解到每一个函数的具体作用。不过，这就非常困难的了。

set_task_stack_end_magic确立一个init_task，这个便是后来的0号进程，也就是idle。

通过参考资料：http://blog.chinaunix.net/uid-27767798-id-3577069.html

通过检测时钟中断来提醒idle进程来复制自己的进程信息，来创建一个进程。就好像之前的myKernel一样。

然后idle进程就会检测，如果有新的任务便会中断运行，生成并释放系统资源让进程使用。当进程结束，系统便将资源收回返回给idle进程。

当执行到run_init_process时，1号进程便开始运行。

附录

卢晅 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

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