实验三 跟踪分析Linux内核的启动过程

一、ChatGPT提问教材知识点;

二、实验楼中实验三内容

1.使用实验楼的虚拟机打开 shell

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

内核启动完成后进入menu程序，支持三个命令 help、version 和 quit，也可以添加更多的命令。

2.使用 gdb 跟踪调试内核

$ 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：

1. -S

-S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)

2. -s

-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

用上述指令启动内核，发现内核处于停止状态，于是在另开一个 shell 窗口。

打开 GDB 调试器
$ gdb

在 GDB 中输入以下命令：

在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux

建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
（gdb）target remote:1234

断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后
（gdb）break start_kernel

  将断点设置在start_kernel，使用 gdb 跟踪调试内核从 start_kernel 到 init 进程启动

运行结果如下：

Linux内核启动的过程涉及多个步骤，从`start_kernel`到`init`进程启动可以简要概括如下：

1. 引导加载器：计算机首先由引导加载程序（通常是GRUB或类似的引导加载器）引导。引导加载程序会加载内核映像（通常是`vmlinuz`），并将控制权转交给内核。

2. 启动汇编代码：内核启动时，首先执行一些汇编代码，这些代码主要用于设置一些基本硬件状态，建立中断描述符表和全局描述符表，并将控制权转交给C代码。

3. `start_kernel`函数：这是Linux内核的入口点，它初始化了很多重要的数据结构和系统组件。`start_kernel`函数执行以下任务：
   
   a. 初始化内核的数据结构，如`task`（进程描述符）和`init_task`。
   
   b. 启动内核线程，它是系统的第一个内核线程，通常称为`init`进程线程。
   
   c. 初始化中断系统，包括初始化中断向量表和启动定时器中断。
   
   d. 初始化内存管理，包括页表设置和启用内存保护。

4. `init`进程启动：`init`进程是用户空间中的第一个进程，它负责启动并管理所有其他用户进程。在`start_kernel`函数中，内核创建了`init`进程的初始线程（通常是`/sbin/init`或其他`init`替代品）。`init`进程通常在用户空间中执行，它会进一步启动用户空间的初始化程序，如系统初始化脚本和服务。

总之，从`start_kernel`到`init`进程启动，内核完成了一系列初始化和设置任务，最终创建了用户空间的`init`进程，该进程负责启动并管理用户进程。这个过程是Linux启动的核心部分，后续会在用户空间执行初始化脚本和应用程序以构建完整的操作系统环境。