Linux Kernel - 编程起点和各模块简述

重点知识总结

Linux内核源码简介

内核源代码linux-3.18.6

####各个文件夹模块的用途（部分）

arch -(archetecture)与具体cpu相关，其内的x86文件夹是目前重点关注的,若只是关注这一个文件夹，分析时可以把其它文件夹删除

crypto - 与加密解密相关

Documentation - 文档相关

drivers - 驱动相关

fs - （file system）文件系统相关

init - 初始化相关，内核启动相关的代码基本在此文件夹下，其中的main.c/start_kernel函数是内核启动的起点，相当于C程序的main函数

ipc - (Inter-Process Communication)进程间通信相关

kernel - linux内核的核心代码

lib - 公用的库文件

mm - (memory management)内存管理相关

net - 网络相关

scripts - 脚本

security - 安全相关

sound - 声音相关

tools - 工具

使用gdb跟踪调试内核，其中的rootfs.img 为自制的根文件系统

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S # 关于-s和-S选项的说明：
# -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# -s shorthand for -gdb tcp::1234 若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项

另开一个shell窗口

gdb
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
（gdb）break start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后

实验分析

main.c的部分代码如下（省略号为略去的代码）

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
    ...
    set_task_stack_end_magic(&init_task);
    ...
    trap_init();
    mm_init();
    ...
    sched_init();
    ...
    rest_init();
}

rest_init 函数代码如下

static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
    int pid;

    rcu_scheduler_starting();
    /*
     * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
     * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
     * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
     */
    kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
    numa_default_policy();
    pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
    rcu_read_lock();
    kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
    rcu_read_unlock();
    complete(&kthreadd_done);

    /*
     * The boot idle thread must execute schedule()
     * at least once to get things moving:
     */
    init_idle_bootup_task(current);
    schedule_preempt_disabled();
    /* Call into cpu_idle with preempt disabled */
    cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

代码分析

start_kernel/set_task_stack_end_magic(&init_task); init_task即手工创建的PCB，即0号进程，即最终的idle进程
不管分析内核的哪一部分都会涉及到start_kernel
start_kernel/trap_init 涉及到中断的初始化，其中的set_system_trap_gate是设置系统调用的
start_kernel/mm_init 内存管理模块的初始化
start_kernel/sched_init 调度模块的初始化
rest_init/kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); 创建用户态1号进程
rest_init/kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES); 创建内核态2号进程
之后若没有其他事情做，就进入cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);，此时0号进程就进入while(1)循环

这里面内核启动后通过set_task_stack_end_magic(&init_task);初始化了0号进程，0号进程通过kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);和kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);分别创建了1号进程（所有用户态进程的祖先）和2号进程（所有内核线程的祖先）。之后若无事做就进入while(1)循环保持运行。

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相关链接《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000