MenuOS的構造

Linux核心

本週學習了Linux核心的基本目錄結構，通過qemu構建了簡單的Linux核心，並利用gdb工具進行除錯，瞭解了核心的啟動過程。

• Linux的目錄結構
  
• 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：存放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：網路相關的程式碼，譬如TCP/IP協議棧等。

構建簡單的Linux核心

按照書上說寫，首先在網路上下載Linux的核心原始碼並解壓編譯，而後再製作好根檔案系統，即可在qemu中執行不帶除錯資訊的Linux核心和MenuOS

跟蹤除錯Linux核心的啟動過程

本過程在實驗樓中完成：

通過qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s指令，我們開啟含有除錯功能的核心視窗，並在開啟新的終端通過gdb除錯核心。
在gdb中輸入
file linux-3.18.6/vmlinux 開啟vmlinux檔案
target remote:1234 連線到核心的1234埠
這樣就可以開始對核心進行除錯

程式碼分析

start_kernel() 函式

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
    char *command_line;
    char *after_dashes;

    /*
     * Need to run as early as possible, to initialize the
     * lockdep hash:
     */
    lockdep_init();
    set_task_stack_end_magic(&init_task);
    smp_setup_processor_id();
    debug_objects_early_init();

    /*
     * Set up the the initial canary ASAP:
     */
    boot_init_stack_canary();

    cgroup_init_early();

    local_irq_disable();
    early_boot_irqs_disabled = true;

/*
 * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
 * enable them
 */
    boot_cpu_init();
    page_address_init();
    pr_notice("%s", linux_banner);
    setup_arch(&command_line);
    mm_init_cpumask(&init_mm);
    setup_command_line(command_line);
    setup_nr_cpu_ids();
    setup_per_cpu_areas();
    smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */

    build_all_zonelists(NULL, NULL);
    page_alloc_init();

    pr_notice("Kernel command line: %s\n", boot_command_line);
    parse_early_param();
    after_dashes = parse_args("Booting kernel",
                  static_command_line, __start___param,
                  __stop___param - __start___param,
                  -1, -1, &unknown_bootoption);
    if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes))
        parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1,
               set_init_arg);

    jump_label_init();

    /*
     * These use large bootmem allocations and must precede
     * kmem_cache_init()
     */
    setup_log_buf(0);
    pidhash_init();
    vfs_caches_init_early();
    sort_main_extable();
    trap_init();
    mm_init();

    /*
     * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the
     * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()
     * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.
     */
    sched_init();
    /*
     * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely
     * fragile until we cpu_idle() for the first time.
     */
    preempt_disable();
    if (WARN(!irqs_disabled(),
         "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))
        local_irq_disable();
    idr_init_cache();
    rcu_init();
    context_tracking_init();
    radix_tree_init();
    /* init some links before init_ISA_irqs() */
    early_irq_init();
    init_IRQ();
    tick_init();
    rcu_init_nohz();
    init_timers();
    hrtimers_init();
    softirq_init();
    timekeeping_init();
    time_init();
    sched_clock_postinit();
    perf_event_init();
    profile_init();
    call_function_init();
    WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled early\n");
    early_boot_irqs_disabled = false;
    local_irq_enable();

    kmem_cache_init_late();

    /*
     * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before
     * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of
     * this. But we do want output early, in case something goes wrong.
     */
    console_init();
    if (panic_later)
        panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later,
              panic_param);

    lockdep_info();

    /*
     * Need to run this when irqs are enabled, because it wants
     * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs
     * too:
     */
    locking_selftest();
｝
 

start_kernel() 函式在main.c中充當著C語言中main函式的作用，開啟系統後，核心將會首先調用匯編語言編寫的硬體系統的初始化工作程式，為C程式碼配置好執行環境，而後首先呼叫的就是start_kernel() 函式。start_kernel() 函式的執行過程中將呼叫各個核心模組的初始化函式，其中包括但不限於trap_init()中斷向量初始化，mm_init()記憶體管理初始化，sched_init()排程模組初始化等。在初始化的過程中，函式將會首先生成一個init_task程序（程序0），由0程序負責核心模組的初始化；而後在初始化的過程中，0程序將會生成kernel_init執行緒（核心執行緒1）和kthreadd執行緒（核心執行緒2），這兩個執行緒將分別衍生使用者程序以及其他核心程序，在初始化完成後，0程序將轉化為idle空程序。

問題與解決

• 在主機中配置除錯資訊時，在make的過程中gcc報錯。
  
  錯誤原因是記憶體不足，以至於除錯資訊未寫入vmlinux檔案，導致gdb無法對Linux核心啟動程式進行除錯。
  
  在網上查閱後說可以通過擴大stack size解決，但是調整後問題任無法解決，因此除錯部分在實驗樓中完成。