构建调试Linux内核网络代码的环境MenuOS系统
这是我的第三篇博客，渐渐的意识到写博客不只是为了完成作业，而是要为互联网贡献力量，为别人提供借鉴的模板。
本实验老师已经给了具体的操作步骤，我在给出每步的运行结果后，简要的介绍了每一步涉及到的相关原理知识，以及自己在操作过程中犯过的错误整理。
一、本地Linux系统在线环境完成构建调试Linux内核网络代码的环境MenuOS系统
本实验基于ubuntu14.04LTS系统构建，可使用如下命令查看本机的内核版本和系统位数。
cat /proc/version #查看linux内核版本号、gcc编译器版本号、Ubuntub版本号
uname -a #系统位数
Linux version 4.4.0-31-generic (buildd@lgw01-43) linux内核版本号
gcc version 4.8.4 gcc编译器版本号
Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1 Ubuntu版本号
x86_64 64位系统
1.下载linux内核源代码
从github地址下载:https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.0.1.tar.xz
使用以下代码解压缩：
xz -d linux-5.0.1.tar.xz tar -xvf linux-5.0.1.tar
最后得到linux-5.0.1内核文件。
2.安装内核编译工具
使用下列命令一步安装完毕
build-essentia Ubuntu缺省情况下，并没有提供C/C++的编译环境，安装该软件包后，编译c/c++所需要的软件包也都会被安装。
Flex 一个生成词法分析器的工具，它可以利用正则表达式来生成匹配相应字符串的C语言代码，其语法格式基本同Lex相同。
Bison 把一个关于“向前查看 从左到右 最右 `LALR’ 上下文无关文法的描述转化成可以分析该文法的 C 或 C++ 程序。它也可以为二义文法生成 “通用的 从左到右 最右 `(GLR)’ 语法分析器。
sudo apt install build-essential flex bison libssl-dev libelf-dev libncurses-dev
3.配置编译内核
本实验使用如下指令生成了32位x86的配置文件(推荐32位编译速度快)
make i386_defconfig #生成32位x86的配置文件，x86_64_defconfig为64为配置
make menuconfig #开启文本菜单选项，对窗口有限制，尽量调大窗口
make 或 make -j* # *为cpu核心数
在第二步的时候会弹出一个菜单项让你选择，选择步骤参见如下：
(1)选择Kernel hacking ，它可以让你接下来配置调试选项
(2)选择Compile-time checks and compiler options
(3)选择Compile the kernel with debug info，使内核映像包含调试信息
(4)选择save和ok
(5)esc退出图形化界面
其次，第三步的make 若后面接-j*为加速编译选项，可以使内核编译速度提升很多。
很多小伙伴看到这会觉得这实验很简单，我按步骤一步一步来就完事了，但背后涉及的东西特别多。比如编译后会生成什么，编译过程又是怎么样的，下面让我来给你一一解答。
首先给大家附上一张图，这张图展示了编译从vmlinux一步一步生成可执行文件bzImage的过程：
这张图中涉及到的相关文件名解释如下：
vmlinux 是ELF文件。即编译出来的最原始的文件，用于kernel-debug，产生system.map符号表
不能用于直接加载，不可以作为启动内核，只是启动过程中的中间媒体。
vmlinuz应该是由ELF文件vmlinux经过OBJCOPY后。并经过压缩后的文件
zImage是vmlinuz经过gzip压缩后的文件，适用于小内核
bzImage是vmlinuz经过gzip压缩后的文件，适用于大内核
vmlinux.bin：二进制形式的vmlinux
4.升级当前内核系统
因为我使用的并非虚拟机，而是单系统ubuntu电脑，为了以防万一，还是没有敢尝试升级自己的系统内核。
相关的升级命令如下：
sudo make modules_install # 慎重 sudo make install sudo update-grub reboot
升级完后，可使用uname -a指令查看自己电脑的内核版本是否升级成功。
5.通过QEMU虚拟机加载内核
首先下载qemu工具包，然后通过qemu工具加载编译内核后生成的bzImage。相关指令如下：
sudo apt install qemu qemu-system-i386 -kernel linux-5.0.1/arch/x86/boot/bzImage # make i386_defconfig
这个时候并不会显示我们的MenuOS系统，我们还并未构建。
首先从github下载menu文件夹放在liunx-5.0.1下。
然后因此是在64位系统下编译32位需要安装一个依赖包libc6-dev-i386
最后还需要更改menu中的makefile文件(linux版本不一样)。然后执行make rootfs即可加载我们的MenuOS了。
git clone https://github.com/mengning/menu.git cd menu sudo apt-get install libc6-dev-i386 # 在64位环境下编译32位需安装 make rootfs
效果图：
碰到的问题总结，执行make rootfs时，明明bzImage的路径对了，相应的路径下也有这个文件，但是系统总是无脑提示找不到没有这个文件或目录。
这个问题折腾了我特别久，甚至卸载重试了3遍还是不行，后来我直接把bzImage拖到当前menu目录下，把makefile中的路径改为当前路径，就执行成功了。
以后碰到类似的问题，先别，忙着质疑自己推翻重做，可以先尝试用其他方法验证到底是哪一步的问题所在，不要一出错就重来。
至此，构建调试Linux内核网络代码的环境MenuOS系统完毕，接下来我们验证MenuOS的网络功能是否正常。
二、MenuOS的网络功能
首先在github下载Linuxnet文件夹，该文件夹下的lab2为服务端程序，lab3为客户端程序，我们需要分别将其集成到MenuOS系统中。
1.将TCP服务端集成到MenuOS系统中
使用如下指令：
cd LinuxKernel git clone https://github.com/mengning/linuxnet.git cd linuxnet/lab2 make cd ../../menu/ make rootfs
集成成功后，menuOS-help下会多一条replyhi命令，效果图如下：
其实打开lab2的makefile文件可知，它完成的工作如下：
cp test_reply.c ../../test.c 即将lab2下的test_reply.c的内容复制到menu的test.c中。
cp syswrapper.h ../../menu 即将lab2下的syswrapper.h文件复制到menu文件夹下。
碰到的问题：还是路径的问题，明明路径没错，但是就是一直弹出文件不存在，但是懂的make rootfs的含义后，你可以自己手动完成make的工作。
我就是自己把test_reply.c的内容复制到menu的test.c中，syswrapper.h文件复制到menu文件夹下。然后就成功了。
2.将TCP服务端集成到MenuOS系统中
使用如下指令：
cd linuxkernel git clone https://github.com/mengning/linuxnet.git cd linuxnet/lab3 make rootfs
打开lab3中的makefile文件，可以发现同样可以手动完成make的工作，但是奇怪的是这次我没有报上次的错误，直接就成功了。
集成成功后，menuOS-help下会多一条hello命令，效果图如下：
3.测试通信功能
输入hello,可以看到如下结果：
可见在MenuOS上能够完成TCP客户端和服务器发送和接收hello/hi，也就是MenuOS的网络可以正常工作。
三、gdb跟踪内核代码
首先执行下列指令
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.0.1/arch/x86_64/boot/bzImage -initrd rootfs.img-append nokaslr -s -S
该指令可以观察到QEMU启动MenuOS的过程中停止了，可以理解为等待执行。
得到的结果图如下：
然后另外开一个终端，打开gdb指令，设置断点
运行如下指令：
gdb file ~/LinuxKernel/linux-5.0.1/vmlinux target remote:1234 break start_kernel #设置断点在start_kernel函数 c #继续运行 list #查看上下文
运行结果图如下：
可以看到gdb追踪到了start_kernel()函数
同理，通过这种设置断点的方式，可以追踪到大多数内核函数。
对于sys_socketcall()函数，其所在的位置在大概2500多行，执行过程会比较慢。
但是，小伙伴可能很疑惑，start_kernel()这个函数作用到底是啥？？从字面意思来看它好像是内核开启的起点。接下来我将结合分析linux内核的启动过程，来向你
阐述该函数在内核启动中的重要作用。
该图引自博客：https://www.cnblogs.com/jjmcao/p/9322324.html
这篇博客写的很好，详细的阐述了linux启动过程。
start_kernel()函数用来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。
0号进程：所有的进程的祖先叫做进程0，它就是系统在初始化阶段由start_kernel()函数创建的第一个内核线程。
1号进程：又陈init进程，由进程0在start_kernel()调用rest_init创建。
start_kernel也是正式进入c语言的标志，之前都是汇编代码。
至此，通过gdb可以跟踪到内核代码，比如start_kernel、sys_socketcall等内核函数
