使用gdb跟踪Linux内核启动过程(从start_kernel到init进程启动)

浏览数：36 / 时间：2015年06月12日

本次实验过程如下：

1. 运行MenuOS系统

在实验楼的虚拟机环境里，打击打开shell，使用下面的命令

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

截图如下：

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2. 使用 gdb 对 MenuOS 进行调试跟踪运行

1) 在命令行内输入如下代码：

1 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：
2 // -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
3 // -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

效果如下：

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2) 启动 gdb 并设置断点进行跟踪

gdb 中输入的代码如下：

1 gdb
2 （gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
3 （gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
4 （gdb）break start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后

效果如下：

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在 gdb 下，我们可以通过输入 c 命令来执行到断点位置，我们也可以通过输入 list 命令来查看接下来的几行代码。

以下是 gdb 的几个基本的调试命令：

kill [filename] 终止正在调试的程序
break [file:]function 在(file文件的)function函数中设置一个断点
clear 删除一个断点，这个命令需要指定代码行或者函数名作为参数
run [arglist] 运行您的程序 (如果指定了arglist,则将arglist作为参数运行程序)
bt Backtrace: 显示程序堆栈信息
print expr 打印表达式的值
continue 继续运行您的程序 (在停止之后，比如在一个断点之后)
list 列出产生执行文件的源代码的一部分
next 单步执行 (在停止之后); 跳过函数调用
set 设置变量的值。例如：set nval=54 将把54保存到nval变量中
step 单步执行 (在停止之后); 进入函数调用
watch 使你能监视一个变量的值而不管它何时被改变
Ctrl-C 在当前位置停止执行正在执行的程序，断点在当前行
finish 继续执行，直到当前函数返回
info [name] 查看name信息
return 强制从当前函数返回
make 使你能不退出 gdb 就可以重新产生可执行文件
help [name] 显示GDB命令的信息，或者显示如何使用GDB的总体信息
quit 退出gdb.

3. 实验总结

start_kernel() 中调用了一系列初始化函数，以完成kernel本身的设置。这些动作有的是公共的，有的则是需要配置的才会执行的。

start_kernel() 函数是内核的汇编与 C 语言的交接点，在该函数以前，内核的代码都是用汇编写的，完成一些最基本的初始化与环境设置工作。无论分析内核中的那一部分，都有些许的关联到 start_kernel() 函数。说到此，我们可以联想到 C 语言中的 main 函数，这个 start_kernel() 函数就有点类似于 main 函数，所有的命令都是从这里开始的。这段函数非常复杂，设计许许多多的方面，我们在此无法一一解读，所以只选择了一部分来解读。

在 start_kernel() 函数最后又一个 rest_init() 函数，这个函数是启动 init 进程( 所有进程的前导 )。

 1 asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
 2 {
 3     /*
 4        ...
 5     */
 6     lockdep_init();
 7     set_task_stack_end_magic(&init_task); // init_task即手工创建的PCB，0号进程即最终的idle进程。
 8     smp_setup_processor_id();
 9     /*
10        ...
11     */
12     trap_init();                          // 中断初始化向量
13     mm_init();                            // 内存管理莫怪的初始化
14     sched_init();                         // 进程调度初始化
15     /*
16        ...
17     */
18     rest_init();                          // 启动1号进程
19 }