第一部分 課本學習

• 核心版本號：Linux核心自2013年12月起，就以A.B.C.D的方式命名。A和B變得無關緊要，C是核心的真實版本。每一個版本的變化都會帶來新的特性，如內部API的變化等，改動的程式碼數量常常上萬行。D是安全補丁和bug修復。
• 幾個關鍵的目錄：
  Arch：與體系結構相關的子目錄列表。
  Block：存放Linux儲存體系中關於塊裝置管理的程式碼。
  Crypto：存放常見的加密演算法的C語言程式碼。
  Documentation：存放一些文件。
  Drivers：驅動目錄，裡面分門別類地存放了Linux核心支援的所有硬體裝置的驅動原始碼。
  Firmware：韌體。
  Fs：檔案系統，裡面列出了Linux支援的各種檔案系統的實現。
  Include：標頭檔案目錄，存放公共的標頭檔案。
  Init：init是初始化的意思，存放Linux核心啟動時的初始化程式碼。
  Ipc：裡面是Linux支援的IPC的程式碼實現。
  Kernel：存放核心本身需要的一些核心程式碼檔案。其中有很多關鍵程式碼，包括pid--程序號等。
  Lib：公用的庫檔案，裡面是一些公用的庫函式。
  Mm：存放LInux的記憶體管理程式碼。
  Net：該目錄下是網路相關的程式碼，譬如TCP/IP協議棧等。
• 編譯配置Linux核心的關鍵步驟：
  1、編譯安裝步驟
  安裝開發組包>下載原始碼檔案>.config: 準備配置檔案>make menuconfig: 配置核心選項>make[-j#]>make modules_install: 安裝模組>make install：安裝核心相關檔案>安裝bzImage 為 /boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE>生成initramfs>編輯grub的配置檔案。
  2、編譯配置選項
  （1）配置核心選項
  （2）支援“更新”模式進行配置：make help
  Make config：基於命令列以遍歷的方式去配置核心中可配置的每個選項。
  Make menuconfig：基於命令列以遍歷的方式去配置核心中可配置的每個選項。
  Make gconfig：基於GTK（GNOME）環境視窗介面。
  Make xconfig: 基於QT（KDE）環境的視窗介面。
  （3）支援“全新配置”模式進行配置
  Make defconfig：基於核心為目標平臺提供的“預設”配置進行配置。
  Make allyesconfig：所有選項均回答為“yes”。
  Make allnoconfig：所有選項均回答為“no”。
  3.編譯
  全編譯：make[-j#]

第二部分 實驗操作

• 在實驗樓環境下輸入：

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

完成啟動核心的操作，如下圖：

• 幾個指令的含義：
  qemu ：相當於開啟一個虛擬機器
  kernel：啟動一個核心，位置由其後的檔名指定。
  bzImage是vmLinux經過gzip壓縮後的檔案，是壓縮的核心映像。vmLinux是編譯出來的最原始的核心ELF檔案。
  initrd是“initial ramdisk”的簡寫，普通linux使用者一般感受不到這個記憶體根檔案系統的存在，核心啟動先訪問initrd檔案系統，然後在切換到磁碟檔案系統。
• 使用gdb跟蹤除錯核心

（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之間的連線,按c 讓qemu上的Linux繼續執行
（gdb）break start_kernel # 斷點的設定可以在target remote之前，也可以在之後

• 操作如下：
  載入符號表：
  
  連結gdbserver：
  
  設定一個斷點
  
  檢視start_kernel函式的上下文
  

  第三部分 分析從start_kernel到init程序啟動的過程

  1、start_kernel()

  程式碼如下：
  

• main.c中沒有main函式，start_kernel()相當於C語言中的main函式。Start_kernel是一切的起點，在此函式被呼叫之前，核心程式碼主要是用匯編語言寫的，用於完成硬體系統的初始化工作，為C程式碼的執行設定環境。

  2、init_task()

  程式碼如下：
  

• init_task（0號程序）是task_struct型別，是程序描述符，使用巨集INIT_TASK對其進行初始化。接下來就是對各模組的初始化。

  3.rest_init()

  程式碼如下：
  

• rest_init()這個函式呼叫系統函式 kernel_thread() 建立 1 號程序，即 init 程序，是使用者態所有程序的祖先。然後，新建 kthreadd 程序，是核心態所有程序的祖先。最後，通過 cpu_startup_entry 函式啟動 0 號程序。
  Init_task()（PID為0）在建立了init程序後，呼叫cpu_idle()演變成idle程序，執行一次排程後，init程序執行。1號核心執行緒負責執行核心的部分初始化工作及進行系統配置，最後呼叫do_execve載入init程式，演變成init程序（使用者態1號程序），init程序是核心啟動的第一個使用者態程序。Kthreadd（PID為2）程序由0號程序建立，始終執行在核心空間，負責所有核心執行緒的排程和管理。