利用GDB跟蹤分析linux核心啟動
1. 實驗準備
1. 下載程式碼3.18.6到linux環境下面中，
cd ~/LinuxKernel/
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.18.6.tar.xz
xz -d linux-3.18.6.tar.xz
tar -xvf linux-3.18.6.tar
cd linux-3.18.6
make i386_defconfig
2. 修改linux編譯選項，並編譯
- 執行命令：make menuconfig
- 彈出如下視窗:
利用上下箭頭，選擇kernel hacking，並進入
選擇“Compile-time checks and compiler options ”這個選項，並進入
選擇”Compile the kernel with debug info”， 按鍵盤上的Y鍵可以選中它
選Save儲存。 執行make命令，這一過程很長。
3.製作根檔案系統
cd ~/LinuxKernel/
mkdir rootfs
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static -lpthread
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc |gzip -9 > ../rootfs.img
(命令都是都從孟寧老師的課件中拷貝過來的)
注：編譯的時候，需要注意這裡使用的是靜態編譯， 連線的是libpthread.a
4. 構造gdb跟蹤
1) 首先在一個shell視窗中執行命令：
cd ~/LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd linux-3.18.6/rootfs.img -s -S
2) 在啟動另一個視窗
gdb
（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
2. 分析過程
整個linux的啟動過程都是main.c中的start_kernel函式
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
char *command_line;
char *after_dashes;
... ...
set_task_stack_end_magic(&init_task);
... ...
/* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */
rest_init();
}
對於start_kernel，需要重點關注上面這兩句。
第一句
set_task_stack_end_magic(&init_task);
用於啟動0號程序。它的主體動作都是是init_task中進行的，其核心棧通過靜態方式分配的。重點分析rest_init，觀察1號程序的啟動過程.
對於1號程序，我們可以把它為三個過程：初始化、排程過程以及執行過程
static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
int pid;
... ...
//初始化過程
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
... ...
//準備排程
schedule_preempt_disabled();
/* Call into cpu_idle with preempt disabled */
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}而執行是在kernel_init中進行的。 首先分析初始化的過程
1）1號程序的初始化
1號程序的初始化是在kernel_thread中進行的，它會將kernel_init的地址傳入。其具體工作在kernel/fork.c中的copy_process()中進行的。
static struct task_struct *copy_process(unsigned long clone_flags,
unsigned long stack_start,
unsigned long stack_size,
int __user *child_tidptr,
struct pid *pid,
int trace)
{
....
retval = security_task_create(clone_flags);
if (retval)
goto fork_out;
retval = -ENOMEM;
//將當前的程序複製, 這個current對應於include/asm/current.h中的get_current()
//此時第一個執行緒根據當前執行緒資訊被創建出來
p = dup_task_struct(current);
//設定一些執行緒的許可權
retval = copy_creds(p, clone_flags);
//接下來設定namespace, mm, cgroup，等資訊
if (retval)
goto bad_fork_cleanup_namespaces;
//把kernel_init的入口地址寫入到p中
retval = copy_thread(clone_flags, stack_start, stack_size, p);
... ...
//這裡會給pid賦值，就是我們使用top檢視的到的pid值
__this_cpu_inc(process_counts);
... ....
}這裡的start_stack對應的值：
這裡sp的值為3245760928，換算成十六進位制即為： 0xc17661a0 ，檢視kernel_init的地址：
從上面的函式中，可以看出來，0號程序會將自己複製一份作為新程序。接著將kernel_init的入口地址設定到新程序中，接著設定pid的值。而這個pid的值設定是根據巨集：
#define __this_cpu_inc(pcp) __this_cpu_add(pcp, 1)從這裡可以看到，linux保證了pid的不重複。
1號程序 的記憶體資訊建立完成後，linux會將儲存在一個list中，此時kernel_thread的工作就完成了。但是此時1號程序並沒有執行起來。
2） 1號程序的排程過程
函式的排程是通過函式schedule_preempt_disabled（）來啟動，在kernel_init處打上斷點，然後檢視其堆疊資訊：
而：
asmlinkage __visible void __sched schedule(void)
{
struct task_struct *tsk = current;
sched_submit_work(tsk);
__schedule(); //2870行
}而2870行的程式碼是__schedule()，因此我們可以斷定所有的排程工作都是通過__schedule()來進行的。最終系統會呼叫entry_32.S的組合語言來執行到程式中(怎麼調到彙編中沒有看明白。)
3） 1號程序的執行
當kernel_init被呼叫之後，就開始執行其中的程式碼
static int __ref kernel_init(void *unused)
{
... ...
if (ramdisk_execute_command) {
ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);
if (!ret)
return 0;
pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n",
ramdisk_execute_command, ret);
}
... ...
}只需要重點關注上面這句話即可。檢視ramdisk_execute_command的值：
從這裡可以很清楚看到它會執行/init，而init就是我們之前編譯出來的程序。因此我們可以看到0號程序會呼叫execute()命令將init作為一個可執行程式執行起來。
3. 總結
- 0號是通過直接給定記憶體地址來啟動的。因此它是一個很特殊的程序
- 1號程序是第一個使用者態程序，它是由0號程序來建立，建立過程是0號程序先將自己的記憶體空間複製一份，然後再將1號程序的資訊寫入
- 1號程序的實際啟動是通過kernel_init來執行。