王雪 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
一、基础知识
（1）Linux内核中常用的目录
1.arch/:与体系结构相关的代码，（内容庞大，支持不同cpu的源代码）。
2.Documentation/:文档文件
3.fs/:file system 文件系统
4.drivers/:与驱动相关的代码
5.lib/:链接库文件
6.ipc/:与进程间通信相关的文件
7.mm/:memory managment 内存管理
8.kernel/:Linux内核的核心代码
9.init/:与内核启动相关的代码，其中有main.c，main.c中的start_kernel（）函数是初始化Linux的起点
（2）使用gdb调试工具的基本指令
1.gdb 可执行文件名：进入gdb调试
2.（gdb）l：相当于list，从第一行开始列出源码
3.（gdb）回车：重复上一次指令
4.（gdb）break 函数名/行数：在某一行或者某个函数处设置断点
5.（gdb）info break:查看断点信息
6.在断点内可以使用：r（run运行）,n（next单句执行）,c（contiune继续执行）
7.（gdb）bt:查看函数堆栈
8.（gdb）finis:退出函数
9.（gdb）q:退出gdb
（3）Linux内核启动过程
Linux系统的启动分为4个部分：引导加载程序（bootloader）,Linux内核，文件系统，应用程序，其中，在Linux内核启动时我们完成了系统的重要初始化，并创建了init进程。
内核启动主要可以分为两个阶段：第一阶段主要是与硬件相关的初始化工作，这次我们讨论的主要是第二部分。
在内核源码的init/main.c中，定义了内核启动的入口函数start_kernel(),在start _kernel()中调用相关处理程序函数，
创建了0号进程（set _task _stack _end _magic(&init _task)），
设置体系结构的相关环境（setup _arch）,
初始化内存结构（bootmem _init）,
开启mmu，
建立页表（paging _init）,
初始化串口（console _init），
0号进程是所有进程的父进程，0号进程创建了1号进程init，又创建了其他服务例程。
二、实验执行——通过gdb调试，分析Linux的内核启动过程
（1）实验步骤：
使用实验楼已配置好的环境，
cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
进入了菜单内核：
可以执行help、version和quit命令
进入gdb调试：
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
其中：
-S 是指在初始化cpu之前将cpu冻结
-s 是指在-gdb tcp ：：1234，创建一个gdb server
已将cpu冻结
另开一个shell窗口：
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux
（gdb）target remote:1234
（gdb）break start_kernel
（gdb）c
在start_kernel处设置断点，执行c调试，冻结的系统开始启动,断点执行到start _kernel
若设置断点在rest_init,
利用list命令查看，发现rest_ init在start _kernel的尾部，几乎所有重要的内核模块初始化都在start _kernel完成，这是内核启动的关键。
（2）实验分析
进入并分析start_kernel:
1.init_task全局变量：即手工创建的PCB,0号进程即最终的idle进程.
在start_ kernel（）中set _ task_ stack_ end_ magic (&init_task)中进行设置和初始化。0号进程是所有进程的父进程
2.trap_init（）：初始化中断向量
在trap_ init（）中set_ intr_ gate(…)设置了很多中断门，执行不同的硬件中断。set _ system _ trap _ gate（SYSCALL_ VECTOR,&system_call）,设置系统陷阱门，就是系统调用！
3.mm_init()内存管理的初始化，sched _ init()调度模块的初始化
4.在start_ kernel的最后执行rest_init()：
在rest_ init()中调用了kernel_thread（kernel _init,NULL,CLONE _FS）,在kernel _init中，调用了run _init _process ()，默认的init是根目录下的init，如果在根目录下没有，则找/sbin/init,/etc/init,/bin/init,/bin/sh作为1号进程，则kernel _init创建了一个1号进程，
执行kernel _ thread（kernel _ threaddd,NULL,CLONE _ FS|CLONE _ FILES）,创建内核线程管理系统的运行资源，在rest init()尾部，进入了cpu startup _ entry(…),进入cpu _ idle,执行cpu _ idle _ loop(),在cpu idle loop()进行while(1)的循环处理，这就是0号进程。当系统没有进程需要执行时就调度到idle进程
start_kernel()启动时rest _init就一直存在，也就是0号进程，0号进程创建了1号进程，还创建了其他的服务线程，这样内核就启动起来了。
三、实验总结
本次实验主要分析了在内核启动过程中的第一个函数：start_kernel的执行。
start_kernel（）是init/main.c第一个启动的函数，主要完成了很多重要的与硬件平台相关和内核相关的初始化，并创建了init进程。
在init的start_ kernel()中调用了setup_ arch()进行与体系结构相关的第一个初始化，
通过bottom_init()函数根据系统定义的meminfo结构进行内存初始化，
最后paging_init()开启mmu，创建内核页表，映射所有的物理内存和I/O空间，
完成了创建异常向量表和初始化中断处理函数，初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制，初始化串口控制台（serial_console）等等，
当所有的相关操作结束后，start_ kernel（）会调用rest_ init()进行最后初始化，包括创建系统的第一个进程——init进程，init进程首先进行一系列的硬件初始化，然后通过命令行传递过来的参数挂在根文件系统，init进程会执行用户传递过来的参数执行用户指定的命令或者执行/sbin/init,/etc/init,/bin/init,/bin/sh 之一完成初始化工作，cpu_idle会被调用使系统处于闲置状态并等待用户输入。
到此，Linux内核启动完毕。
注意：
（1）内核启动过程包括start_kernel之前和之后，之前全部是做初始化的汇编指令，之后开始C代码的操作系统初始化，最后执行第一个用户态进程init
（2）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)：
道生一（start_ kernel….cpu_ idle），一生二（kernel_init和kthreadd），二生三（即前面0、1和2三个进程），三生万物（1号进程是所有用户态进程的祖先，2号进程是所有内核线程的祖先）
通过这次实验，要重点理解内核启动时各个函数的功能以及调用顺序等，Linux启动过程很复杂，有很多硬件软件等初始化，应好好理解！
