2018-2019-1 20189201《Linux内核原理与分析》第四周作业

1. 阴天☁️

你说你爱烟雨微茫，雨来时你却伞遮霓裳；

你说你爱春光灿烂，阳光普照时你却孑然惆怅；

你说你爱微风轻柔，风拂发梢时你却紧闭门窗；

这便是为何你说你也深深爱我，我却眼波成霜。

2. 今日发问，如何写博客。如何排版

一、书本第三章知识总结

计算机的三大法宝
- 存储程序计算机
- 函数调用堆栈
- 中断
操作系统的两把宝剑
- 中断上下文的切换——保存现场和恢复现场
- 进程上下文的切换
Linux内核源码的目录结构如下所示。
关键的目录
- arch：arch目录在Linux内核目录中占比相当庞大，主要原因是arch目录中的代码可以使Linux
  内核支持不同的CPU和体系结构。
- block：存放Linux存储体系中关于块设备管理的代码。
- crypto：存放常见的加密算法的C语言代码，譬如crc32、md5、sha1等。
- drives：驱动目录。
- fs：文件系统（File System）。
- init：init是初始化的意思，存放Linux内核启动时的初始化代码。
- ipc：Linux系统支持的IPC（进程间通信）的代码实现。
- kernel：存放内核本身需要的一些核心代码文件，其中有很多关键代码，包括pid——进程号等。
- lib：公用的库文件，里面是一些公用的库函数。需要注意的是在内核编程中不能用C函数标准库函数。
- mm：内存管理，存放Linux的内存管理代码。
- net：存放网络相关的代码，譬如TCP/IP的协议栈等。
注意事项
- init目录下有main.c源文件，它是整个Linux内核启动的起点，但它的起点不是main函数，而是start_kernel
  函数，start_kernel函数是初始化Linux内核启动的起点， start_kerne前的代码使用汇编语言来进行硬件初始化。
- qemu仿真kernel。
- bzImage是vmlinux经过压缩后的文件，是压缩的内核映像；vmlinux是编译出来的最原始的内核ELF文件。
- qemu命令中的-s、-S参数，-s表示用1234端口上的gdb-server连接，可以用-gdb tcp:xxxx来代替；-S表
  示在CPU初始化之前冻结，使用c继续执行。
几个函数
- init目录下的main.c函数
- start_kernel()函数
- init_task()函数
- rest_init()函数

二、实验部分

（1）跟踪分析Linux内核的启动过程

1. 内核运行

2. 重新运行，加上参数，内核被冻结

3. 调试内核

4. 设置断点到start_kernel

5. 设置断点到rest_init

6. 从 start_kernel 开始到 init 进程启动

···
-set_task_stack_end_magic()

 为了检测栈溢出

-smp_setup_processor_id（）

设置对称多处理器

-cgroup_init_early ()

初始化 Control Groups

-page_address_init()

页地址初始化（属于内存管理部分）

-setup_arch()

-build_all_zonelists()

-page_alloc_init ()

-setup_log_buf ()

初始化log 缓冲区（kernel/printk/printk.c）

-pidhash_init ()

初始化 pid 哈希表

-vfs_caches_init_early ()

-sort_main_extable ()

初始化中断向量

-mm_init ()

内存管理初始化

-sched_init ()

调度服务初始化

-rest_init()

剩余初始化

         -  kernel_init:init进程

         -  kthreadd:内核线程

         -  cpu_idle进程：代码中一直循环，如果系统中没有可执行的进程时，执行 idle 进程

···

（2）部分函数分析

1. rest_init()函数代码展示

···

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();
/* 当系统没有进程需要执行时，就调度到idle进程 */
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);

}
···

2. start_kernel()分析：

lockdep_init(); //死锁检测模块初始化
debug_objects_early_init(); //初始化堆栈此堆栈有额外的越界保护功能
page_address_init(); //初始化页表地址
pidhash_init(); //给新进程分配进程号
mm_init(); //初始化内存管理
sched_init(); //启动调度器
radix_tree_init(); //init some links before init_ISA_irqs() //初始化中断

三、实验收获与疑问

（1）收获

1. 线程与进程

进程：指在系统中能够独立运行并作为资源分配的基本单位，进程只能由父进程建立。
进程的个体是完全独立的，而线程间是彼此依存的。
线程：是进程中的一个实体，作为系统调度的基本单位。
多进程环境中，任何一个进程的终止，不会影响到其他进程。而多线程环境中，父线程
终止，全部子线程被迫终止(没有了资源)。而任何一个子线程终止一般不会影响其他线程
，除非子线程执行了exit()系统调用。任何一个子线程执行exit()，全部线程同时灭亡。可
以看出，进程和线程是包含的关系，对于书上内核线程的描述就更加迷惑了，又查找了关
于linux系统下的进程与线程相关资料：
内核线程，只是一个称呼，实际上就是一个进程，有自己独立的TCB，参与内核调度，也
参与内核抢占。这个进程的特别之处有两点，第一、该进程没有前台。第二、永远在内核
态中运行。内核线程类似于用户进程，通常用于并并发处理性质的任务，并且可以抢占调
度。不同于用户进程，内核线程位于内核空间,并且可以访问内核函数和内核数据。

巴特西