跟踪分析Linux内核的启动过程

##使用 gdb 跟踪调试内核

• 使用 qemu

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

  参数：

  • -s：在初始化时冻结 CPU
  • -S: 为 gdb 分配1234端口

• gdb 调试

  另开 shell

  gdb
  (gdb) file linux-3.18.6/vmlinux     #在 gdb 界面中 target remote之前加载符号表
  (gdb) target remote :1234    #建立连接
  (gdb) break start_kernel    #设置断点
  

  

  

##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

  Control Groups provide a mechanism for aggregating/partitioning sets of
  tasks, and all their future children, into hierarchical groups with
  specialized behaviour.

• page_address_init()

  页地址初始化（属于内存管理部分）

• setup_arch()

  setup_arch - architecture-specific boot-time initializations

• build_all_zonelists()

  Called with zonelists_mutex held always unless system_state == SYSTEM_BOOTING.

• 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

  The pid hash table is scaled according to the amount of memory in the machine. From a minimum of 16 slots up to 4096 slots at one gigabyte or more.

• vfs_caches_init_early ()

• sort_main_extable ()

  Sort the kernel’s built-in exception table

• trap_init ()

  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
  

##总结

• 在 start_kernel执行到最后部分时，在 rest_init 中 新建了kernel_init 进程，kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);，init 进程是系统中的1号进程，是以后所有用户态进程的祖先，然后新建kthreadd进程，pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);，kthreadd 作为2号进程，是所有内核线程的祖先，在cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE)中，是一个 while（1）循环，始终有一个 idle 进程在执行，如果系统还总没有任何可以执行的进程时，idle 进程会执行。

最后引用孟宁老师的一段话：

道生一：（start_kernel）

一生二：(kernel_init 和 kthreadd)

二生三：（即0，1，2号进程）

三生万物：（1号进程是所有用户态进程祖先，2号进程是所有内核线程祖先）