Linux内核分析——第三周学习笔记20135308
第三周 构造一个简单的Linux系统MenuOS
计算机三个法宝：
1、存储程序计算机
2、函数调用堆栈
3、中断
操作系统两把宝剑：
1、中断上下文的切换：保存现场和恢复现场
2、进程上下文的切换
一、阅读Linux内核代码
本周我们要学习如何阅读Linux内核源代码，首先打开Lstest Stable Kernel:linux-3.18.6
arch/目录在Linux内核中占有相当庞大的代码量，因为Linux支持很多CPU，这个arch/x86目录下的代码是我们重要关注的代码
根目录中比较关键的目录：
- Documentation/文档
- fs/文件系统
- init/内核启动相关的代码基本都在init目录下，里面的main.c是整个Linux内核启动的起点。它的起点是start_kernel
start_kernel函数相当于普通C程序的main函数
如上图所示，第500行这里就是初始化Linux内核的起点，之前的部分是汇编做硬件初始化。
- ipc/进程间通信
- kernel/Linux内核的核心代码在kernel目录中
- lib/公用的库文件
- mm/memmory management内存管理
- net/与网络相关的代码
- security/与安全相关的代码
- scripts/脚本
以上加粗的部分为我们重点关注的。
二、构造一个简单的Linux系统MenuOS
方法一：使用实验楼的虚拟机打开shell
linux-3.18.6.tar就是内核源代码，rootfs里面有用menu编译好的init可执行文件，rootfs.img是它生成的。
该系统支持三条命令：help、version和quit
输入help会有以下三条命令
使用gdb跟踪调试内核
输入以下命令
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s
-S表示：在CPU初始化之前，冻结CPU
-s表示在：1234端口上创建一个tcp接口
如图所示，是被冻结状态的。
水平分割，再打开一个shell窗口，输入gdb
这里注意：视频中孟老师是直接进入了LinuxKernel文件夹，我们要在实验楼中进入LinuxKernel再gdb，否则会显示找不到文件。
输入（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux
在targe remote之前加载符号表
Reading后，连接到刚启动的被冻结的linux系统，设置断点，把内核启动的起点start_kernel设为断点，在init/main.c文件中，第501行
输入c，回车，系统从冻结状态开始执行，启动。
输入list，可以看见start_kernel代码上下的这段代码
再设一个断点rest_init，按c继续执行
系统已经执行到rest_init
输入list，看rest_init前后的代码
在start_kernel尾部被调用
方法二：使用自己的Linux系统环境搭建MenuOS
首先，下载内核源代码编译内核，大概几百M
接下来，make，大概会make20多分钟
下面，制作根文件系统，我首先尝试了孟老师的第一种方法，在GitHub上注册账号，登录，然而显示Error 403
之后，我用第二种办法，在课程的“课件”页面，底部单击“下载附件”
下载menu.zip，并共享到虚拟机中去
继而，gcc编译
在rootfs文件夹出现了编译出的镜像文件
由于自己的虚拟机缺少配置，不能进行下去了
三、简单分析一下start_kernel
首先设置全局变量init task，相当于手工创建的PCB，0号进程就是最终的idle进程,0号进程创建了1号进程和其他线程
trap_init();初始化一些中断向量
mm_init() 内存管理模块
sched_init() 调度模块
其中，在x86中，设置了很多中断门
还设计系统陷阱门，系统调用的，也是一种中断
rest_init
kernel_init里面的run_init_process就是linux系统的1号进程，第一个用户态进程，默认根目录下的init程序
kernel_init不仅创建了1号进程，还创建了kthreadd内核线程，来管理系统资源
系统进入了内核启动rest_init,call into cpu_idle
这里的cpu_idle_loop就是进入了while（0）的无限循环，就是idle0号进程。它一直存在在系统中，当没有进程需要执行时，就调度到idle进程。
总结：rest_init就是start_kernel内核启动时一直存在，即为0号进程。0号进程创建了1号进程kernel_init以及其他的服务线程。“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）”，内核就启动了。
