linux核心啟動過程追蹤

linux核心啟動過程追蹤
一、使用自己的Linux系統內容搭建MenuOS的過程

　　# 下載核心原始碼編譯核心

　　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 # 一般要編譯很長時間，少則20分鐘多則數小時

　　# 製作根檔案系統

　　cd ~/LinuxKernel/

　　mkdir rootfs

　　git clone https://github.com/mengning/menu.git # 如果被牆，可以使用附件menu.zip

　　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

　　# 啟動MenuOS系統

　　cd ~/LinuxKernel/

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

　　　　// -initrd file Use file as initial ram disk.

二、重新設定編譯Linux使之攜帶調試資訊

在原來配置的基礎上，make menuconfig選中如下選項重新設定Linux，使之攜帶調試資訊

　　kernel hacking—>[*] compile the kernel with debug info

　 make重新編譯（時間較長）



三、使用gdb跟蹤調試核心

　 1、qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S # 關於-s和-S選項的說明：

　　// # -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)

　 //# -s shorthand for -gdb tcp::1234 若不想使用1234連接埠，則可以使用-gdb tcp:xxxx來取代-s選項

　2、另開一個shell視窗

　　gdb

　　（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb介面中targe remote之前載入符號表

　　（gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之間的串連,按c 讓qemu上的Linux繼續運行

　　（gdb）break start_kernel # 斷點的設定可以在target remote之前，也可以在之後

四、過程圖示：

　　1、可以看到QEMU 已經運行而且被“凍結”。（有幾個檔案沒有，不影響後續操作）

　　

　　2、另外開啟一個視窗，進入linuxkernel目錄，輸入gdb 斷行符號

　　　　

　　3、輸入：（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux

　　　 　（gdb）target remote:1234

　　　　　 　（gdb）break start_kernel

　 　

　　4、輸入c 斷行符號，可以看到核心繼續啟動，最後停在了start_kernel處：

更多gdb指令：

顯示和尋找程式原始碼

（1）list ：顯示10行代碼，但是我為什麼沒有顯示成功呢？

（2）list 5，10：顯示源檔案第五行到第十行的代碼

（3）list t4.c：5，10：顯示源檔案中第五行到第十行的代碼，在跳是含有多個源檔案的次序時使用；

（4）list get_sum：顯示get_sum函數周圍的代碼//什麼叫周圍的代碼呢？

（5）list t4.c ：get_sum：顯示源檔案t4.c中第五行到第十行的代碼，在跳是含有多個源檔案的次序時使用；
（6）如果在調試中運行linux命令，則可以在gdb的提示符下輸入shell命令. (gdb）shell ls
（7）search forward用來從當前行向前尋找第一個匹配的字串；
search get_sum forward get_sum
（8）reverse_search 用來從當前行想前尋找第一個匹配的字串: Example: reverse_search main

設定和管理斷點：
（1）以行號設定斷點：（gdb）break 7
（2）以函數名設定斷點：（gdb）break get_sum
（3）以條件運算式設定斷點：方法一：break 行號或者函數名 if 條件. Example: （gdb）break 7 if i==99
方法二：watch 條件運算式，下面是具體的舉例：
方法三：awatch；用來給運算式設定斷點，在運算式的值發生改變或者運算式的值杯讀取的時候，程式暫時停止；
(4).查看當前設定的斷點：info breakpoints

（5）使用“disable 斷點編號”命令可以是某個斷點失效，程式運行到該段點時不會停下來而是繼續運行。

（6）使用“enable 斷點編號”命令可以是某個斷點恢複有效。

徹底的刪除某個斷點，可以使用clear或者delete命令。
（1）clear：刪除程式中所有的斷點；
（2）clear 行號：刪除此行中的斷點
（3）clear 函數名：刪除該函數的斷點
（4）delete 斷點編號：刪除指定編號的斷點。如果一次要刪除多個斷點，各個斷點編號以空格隔開。

控製程序的執行：
（1）continue命令：讓程式繼續運行，直到下一個斷點或者運行完為止。格式：continue
（2）kill命令：用於結束當前程式的調試

（3）next和step命令
　　　區別：如果遇到函數，next會把函數調用當作一條語句來執行，再次輸入next會執行函數調用後的語句；

　　　而step則會跟蹤進入函數，一次一條的執行函數內的代碼，直到函數內的代碼執行完，在進行函數調用後的語句；
（4）nexti和stepi命令：用來逐步執行一條機器指令，注意不是逐步執行一條魚據。逐步執行一條語句使用next和step命令。通常一條語句有多條機器指令構成的。
　　　注意的是：gdb的一些命令可以簡寫，比如list可以用li來代替，continue命令可以用cont來代替。

　　

　　5、繼續輸入 list start_kernel 查看start_kernel函數為中心上下10行的代碼

　　　　然後接著輸入list 查看後續的代碼（每輸入一次list，向後顯示10行）

　　

我們繼續輸入list跟蹤start_kernel以後的代碼，看看後面的執行過程：

可以看到，在start_kernel之後是一大堆的初始化操作，初始化外設、時鐘、寄存器等。後面還有很多操作，這裡不作過多的展示，

　　6、後面進入rest_init函數：

四、總結：

　　在start_kernel中調用了一系列的初始化函數，已完成核心本身的設定：設定與體繫結構相關的環境、進程調度器初始化、控制台初始化、系統IRQ初始化、記憶體初始化等。在Start_kernel函數的最後調用了rest_init()函數，在rest_init中建立了init線程，並在最後調用cpu_idle()函數。

　　可以這樣理解：start_kernel最後clone出一個新的進程，也就是init進程，然後原來的進程就去執行cpu_idle()函數了，也就變成了idle進程，當發生一次進程調度後，init進程被調度運行。

　　核心進程init（）主要進行一些外設初始化的工作包括SMP（Symmetric Multi-Processing 對稱式多處理）的初始化，以及調用do_basic_setup()完成外設及其驅動程式的載入和初始化，當do_basic_setup()函數返回init() ，init() 又開啟了、dev/console裝置，重新導向輸出檔案到控制台，最後通過kernel——execve載入執行init程式。

　　追蹤到init後可以修改檔案系統，比如把顯示的ＭＥＮＵＯＳ修改為MYOS，修改quit指令，讓其退出檔案系統等：

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

　　　　// -initrd file Use file as initial ram disk.

　　這裡將-initrd 後面的參數rootfs.img載入到記憶體中運行，所以，這裡的rootfs.img 可以隨便改名字，因為核心代碼中不會直接用這個名字而是通過initrd來傳遞的。再者rootfs.img是由tootfs檔案夾打包得來的，而rootfs檔案夾中只有一個init可執行檔，而init可執行檔來自於menu檔案夾，menu檔案夾中執行make指令會發現產生了一個test可執行檔，運行menu檔案夾中的test和init後會發現效果是一模一樣的，所以顯然init是由test通過(cp test init) 拷貝、重新命名得來的，所以最終修改檔案系統可以歸結為修改menu檔案夾中的main.c、test.c檔案。

　　在init/initramfs.c檔案中：