# 庖丁解牛Linux内核分析笔记-1

2019-5-3
主要内容摘自孟宁《庖丁解牛Linux内核分析》

天下大事必作于细，天下难事必作于易

1.计算机三大法宝

存储程序计算机
函数调用堆栈
中断

2.虚拟一个x86的CPU硬件平台

2.1 虚拟环境搭建

sudo apt-get install qemu # 安装qemu
sudo ln -s /usr/bin/qemu-system-i386 /usr/bin/qemu # 生成qemu-system-i386的符号链接qemu
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.4.tar.xz # 下载linux-3.9.4.tar.xz

# 下载mykernel补丁
wget https://www.raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel_for_linux3.9.4sc.patch 
xz -d linux-3.9.4.tar.xz
tar -xvf linux-3.9.4.tar
cd linux-3.9.4
patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch # 添加补丁，注意参数为p1不是pl
make allnoconfig
make # 编译mykernel
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

2.2使用mykernel编写时间片轮转多道程序内核

1.mykernel相关文件

mypcb.h
mymain.c
myinterrupt.c

2.使用gdb调试内核

gdb # 运行gdb
# 在gdb程序中，输入：
file linux3.9.4/vmlinux # 加载符号表
target remote:1234 # 建立连接
break start_kernel # 插入断点

3.MenuOS的构造

3.1 Linux内核源代码简介

操作系统两把“宝剑”

中断上下文
进程上下文

使用版本：linux-3.18.6

内核分析中重要的文件：

arch/x86
init/main.c
kernel

linux readme

what is linux?
on what hardware does it run?
documentation
installing the kernel source
software requirements
build directory for the kernel
configuring the kernel
compiling the kernel
if something goes wrong

编译安装内核大概步骤

(1) 安装开发包组

(2) 下载源码文件

(3) .config:准备内核选项

(4) make menuconfig:配置内核选项

(5) make [-j #]

(6) make modules_install:安装模块

(7) make install:安装内核相关文件

(8) 安装bzImage为/boot/vmlinuz-VERSION_RELEASE

(9) 生成initramfs文件

(10) 编辑grub的配置文件

2.编译配置选项

(1) 配置内核选项

(2) 支持“更新”模式进行配置：make help

make config:在命令行中以遍历的方式去配置内核中可配置的每一个选项。
make menuconfig:基于curses的文本窗口界面
make gconfig:基于GTK(GNOME)环境窗口界面
make xconfig:基于QT(KDE)环境的窗口界面

(3) 支持“全新配置”模式进行配置

make defconfig:基于内核为目标平台提供的默认配置进行配置
make allyesconfig:所有选项回答为"yes"
make allnoconfig:所有选项回答为"no"

3.编译
make [-j #] : 全部编译

3.2 构造一个简单的Linux内核

编译、运行、跟踪源代码
MenuOS：由Linux内核和该文件系统集成

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

解释
qemu: 仿真kernel的虚拟机；
bzImage:vmLinux经过gzip压缩后的文件，是压缩的内核映像，'b'表示'big'(bzImage适用于大内核，zImage适用于小内核)；
vmLinux:编译出来的最原始的内核ELF文件；
根文件系统：一般包含内存根文件和磁盘文件系统
initrd:是“initial ramdisk”简写，普通用户一般感受不到这个内存根文件系统的存在，因为普通Linux在启动时，是boot loader将存储介质中的initrd文件加载到内存，内核启动时先访问initrd文件系统（内存根文件系统），然后再切换到磁盘文件系统。为简化实验只使用了initrd根文件系统

(1)下载内核源代码并解压

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
make

(2)制作根文件系统(返回上级目录)

mkdir rootfs
git clone https:/github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc pthread -o init linkable.c menu.c test.c -m32 -static
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./ # 将init复制到rootfs下
find . | cpio -o -Hnewc | gzip -9 > ../rootfs.img # 把当前rootfs下的所有文件打包成一个镜像文件

配置内核编译选项出现的问题

zgd@zgd-ThinkPad-X260:~/kernel/linux-3.18.6$ make menuconfig
  HOSTLD  scripts/kconfig/mconf
/usr/bin/ld: scripts/kconfig/zconf.tab.o: relocation R_X86_64_32 against `.rodata.str1.1' can not be used when making a PIE object; recompile with -fPIC
/usr/bin/ld: final link failed: Nonrepresentable section on output
collect2: error: ld returned 1 exit status
scripts/Makefile.host:100: recipe for target 'scripts/kconfig/mconf' failed
make[1]: *** [scripts/kconfig/mconf] Error 1
Makefile:541: recipe for target 'menuconfig' failed
make: *** [menuconfig] Error 2

原因及解决方法
原因：gcc版本太高，ubuntu18自带gcc版本为7.4，高版本gcc默认开启-fPIC(Position independent code)支持动态库的重定位
方法：安装gcc-4.8，生成新的/usr/bin/gcc链接，重新配置menuconfig再编译即可