linux内核启动跟踪,Linux内核分析------跟踪分析Linux内核的启动过程

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2023-01-20 04:53 24阅读 0赞

1、基础知识

(1)Linux内核中经常使用的目录

1.arch/:与体系结构相关的代码，(内容庞大，支持不一样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/:连接库文件

6.ipc/:与进程间通讯相关的文件

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：至关于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.在断点内能够使用：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内核启动时咱们完成了系统的重要初始化，并建立了init进程。

内核启动主要能够分为两个阶段：第一阶段主要是与硬件相关的初始化工做，此次咱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，

建立了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，

创建页表(paging \_init),

初始化串口(console \_init)，

0号进程是全部进程的父进程，0号进程建立了1号进程init，又建立了其余服务例程。

2、实验执行——经过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，web

cd LinuxKernel/

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

![8f47a11169672e7157cedb0bcb60d0cd.png][]

进入了菜单内核：

能够执行help、version和quit命令

![e9b4a813e91130f440f26cd3e862b027.png][]

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以前将cpu冻结

\-s 是指在-gdb tcp ：：1234，建立一个gdb server

![54e0cc836c8f321cc30707303eee185d.png][]

已将cpu冻结

另开一个shell窗口：

(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux

![eb65461bec238c8a2f188ee73f521f8b.png][]

(gdb)target remote:1234

(gdb)break start\_kernel

(gdb)c

![cf492213c432f9f69d8a1b2d74059d0d.png][]

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,

![85fade8599e675699c58a85a70314297.png][]

利用list命令查看，发现rest\_ init在start \_kernel的尾部，几乎全部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：即手工建立的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号进程是全部进程的父进程

2.trap\_init()：初始化中断向量

在trap\_ init()中set\_ intr\_ gate(…)设置了不少中断门，执行不一样的硬件中断。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，若是在根目录下没有，则找/sbin/init,/etc/init,/bin/init,/bin/sh做为1号进程，则kernel \_init建立了一个1号进程，

执行kernel \_ thread(kernel \_ threaddd,NULL,CLONE \_ FS|CLONE \_ FILES),建立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。当系统没有进程须要执行时就调度到idle进程

start\_kernel()启动时rest \_init就一直存在，也就是0号进程，0号进程建立了1号进程，还建立了其余的服务线程，这样内核就启动起来了。

3、实验总结

本次实验主要分析了在内核启动过程当中的第一个函数：start\_kernel的执行。

start\_kernel()是init/main.c第一个启动的函数，主要完成了不少重要的与硬件平台相关和内核相关的初始化，并建立了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，

经过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，建立内核页表，映射全部的物理内存和I/O空间，

完成了建立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，

当全部的相关操做结束后，start\_ kernel()会调用rest\_ init()进行最后初始化，包括建立系统的第一个进程——init进程，init进程首先进行一系列的硬件初始化，而后经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 之一完成初始化工做，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以前和以后，以前所有是作初始化的汇编指令，以后开始C代码的操做系统初始化，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，由于init\_ task是静态制造出来的，pid=0，它试图将从最先的汇编代码一直到start\_ kernel的执行都归入到init\_ task进程上下文中。在rest \_init函数中，内核将经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)，一辈子二(kernel\_init和kthreadd)，二生三(即前面0、1和2三个进程)，三生万物(1号进程是全部用户态进程的祖先，2号进程是全部内核线程的祖先)

经过此次实验，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，有不少硬件软件等初始化，应好好理解！shell

[8f47a11169672e7157cedb0bcb60d0cd.png]: /images/20221021/e435f81746204c4fbaf8c8ba71aed2d6.png
[e9b4a813e91130f440f26cd3e862b027.png]: /images/20221021/37def61b807a4561b0cecae9c5546846.png
[54e0cc836c8f321cc30707303eee185d.png]: /images/20221021/b4d1fa824850494d99986af95131e068.png
[eb65461bec238c8a2f188ee73f521f8b.png]: /images/20221021/05021eb4cbd142f7bfed77eae1ce8e5e.png
[cf492213c432f9f69d8a1b2d74059d0d.png]: /images/20221021/b4576b94aa904a1689529d36fce552d0.png
[85fade8599e675699c58a85a70314297.png]: /images/20221021/3bf4314062624858a72370b157910afa.png