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# 准备

sudo apt install build-essential
sudo apt install qemu 
sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev

# 下载内核源码

sudo apt install axel
axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz
xz -d linux-5.4.34.tar.xz
tar -xvf linux-5.4.34.tar 
cd linux-5.4.34

# 配置内核选项

make defconfig 	# Default configuration is based on 'x86_64_defconfig'
make menuconfig	# 打开 debug 相关选项

进行如下设置：

Kernel hacking —>
Compile-time checks and compiler options —>
[*] Compile the kernel with debug info
[*] Provide GDB scripts for kernel debugging
[*] Kernel debugging
关闭KASLR（随机地址），否则会导致打断点失败。
Processor type and features ---->
[ ] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

# 编译运行内核

make -j$(nproc) 
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

# 制作内存根文件系统

#首先从 https://www.busybox.net 下载 busybox 源代码解压，解压完成后，跟内核一样先配置编译，并安装。
axel -n 20 https://busybox.net/downloads/busybox-1.31.1.tar.bz2
tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2
cd busybox-1.31.1
make menuconfig #Setting 里的 Build static binary (no shared libs) 选中

然后编译安装，默认会安装到源码目录下的 _install 目录中。

make -j$(nproc) && sudo make install

然后制作内存根文件系统镜像:

mkdir rootfs # 在/linux-5.4.34文件夹下新建rootfs文件夹
cd rootfs
cp ../busybox-1.31.1/_install/* ./ -rf
mkdir dev proc sys home
sudo cp -a /dev/{null,console,tty,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/

准备 init 脚本文件放在根文件系统跟目录下（rootfs/init），添加如下内容到 init 文件。

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo “Wellcome qjliOS!”
echo “--------------------”
cd home
/bin/sh

给 init 脚本添加可执行权限：

chmod +x init

打包成内存根文件系统镜像：

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz

测试挂载根文件系统，看内核启动完成后是否执行 init 脚本。

qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz

出现 “Wellcome qjliOS!” 则 init 脚本执行成功。

# VSCode 配置 Linux 内核调试环境

由于 Linux 内核高度定制化，所以没有办法直接通过配置 includePath 等让 Intellisense 正常提示，这里借助一个 Python 脚本来生成 compile_commands.json 文件帮助 Intellisense 正常提示（包括头文件和宏定义等）。在 Linux 源代码目录下直接运行如下命令就可以生成 compile_commands.json 了。

python ./scripts/gen_compile_commands.py

新建一个.vscode 文件夹，将配置文件放入该文件夹内，配置如下五个文件：c_cpp_properties.json，init，launch.json，settings.json，tasks.json。

c_cpp_properties.json

{
    "configurations": [
        {
            "name": "Linux",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/arch/x86/include/**",
                "${workspaceFolder}/include/**",
                "${workspaceFolder}/include/linux/**",
                "${workspaceFolder}/arch/x86/**",
                "${workspaceFolder}/**"
            ],
            "cStandard": "c11",
            "intelliSenseMode": "gcc-x64",
            "compileCommands": "${workspaceFolder}/compile_commands.json"
        }
    ],
    "version": 4
}

init

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome qjlOS!"
echo "--------------------"
cd home
/bin/sh
launch.json
{
    // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
    // Hover to view descriptions of existing attributes.
    // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
      {
        "name": "(gdb) linux",
        "type": "cppdbg",
        "request": "launch",
        "preLaunchTask": "vm",
        "program": "${workspaceRoot}/vmlinux",
        "miDebuggerServerAddress": "localhost:1234",
        "args": [],
        "stopAtEntry": true,
        "cwd": "${workspaceFolder}",
        "environment": [],
        "externalConsole": false,
        "MIMode": "gdb",
        "miDebuggerArgs": "-n",
        "targetArchitecture": "x64",
        "setupCommands": [
          {
            "text": "set arch i386:x86-64:intel",
            "ignoreFailures": false
          },
          {
            "text": "dir .",
            "ignoreFailures": false
          },
          {
            "text": "add-auto-load-safe-path ./",
            "ignoreFailures": false
          },
          {
            "text": "-enable-pretty-printing",
            "ignoreFailures": true
          }
        ]
      }
    ]
  }
settings.json
{
    "search.exclude": {
        "**/.git": true,
        "**/.svn": true,
        "**/.DS_Store": true,
        "**/drivers": true,
        "**/sound": true,
        "**/tools": true,
        "**/arch/alpha": true,
        "**/arch/arc": true,
        "**/arch/c6x": true,
        "**/arch/h8300": true,
        "**/arch/hexagon": true,
        "**/arch/ia64": true,
        "**/arch/m32r": true,
        "**/arch/m68k": true,
        "**/arch/microblaze": true,
        "**/arch/mn10300": true,
        "**/arch/nds32": true,
        "**/arch/nios2": true,
        "**/arch/parisc": true,
        "**/arch/powerpc": true,
        "**/arch/s390": true,
        "**/arch/sparc": true,
        "**/arch/score": true,
        "**/arch/sh": true,
        "**/arch/um": true,
        "**/arch/unicore32": true,
        "**/arch/xtensa": true
    },
    "files.exclude": {
        "**/.*.*.cmd": true,
        "**/.*.d": true,
        "**/.*.o": true,
        "**/.*.S": true,
        "**/.git": true,
        "**/.svn": true,
        "**/.DS_Store": true,
        "**/drivers": true,
        "**/sound": true,
        "**/tools": true,
        "**/arch/alpha": true,
        "**/arch/arc": true,
        "**/arch/c6x": true,
        "**/arch/h8300": true,
        "**/arch/hexagon": true,
        "**/arch/ia64": true,
        "**/arch/m32r": true,
        "**/arch/m68k": true,
        "**/arch/microblaze": true,
        "**/arch/mn10300": true,
        "**/arch/nds32": true,
        "**/arch/nios2": true,
        "**/arch/parisc": true,
        "**/arch/powerpc": true,
        "**/arch/s390": true,
        "**/arch/sparc": true,
        "**/arch/score": true,
        "**/arch/sh": true,
        "**/arch/um": true,
        "**/arch/unicore32": true,
        "**/arch/xtensa": true
    },
    "[c]": {
        "editor.detectIndentation": false,
        "editor.tabSize": 8,
        "editor.insertSpaces": false
    },
    "C_Cpp.errorSquiggles": "Disabled"
}
tasks.json
{
    // See https://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=733558
    // for the documentation about the tasks.json format
    "version": "2.0.0",
    "tasks": [
      {
        "label": "vm",
        "type": "shell",
        "command": "qemu-system-x86_64 -kernel ${workspaceFolder}/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.cpio.gz -S -s -nographic -append \"console=ttyS0\"",
        "presentation": {
          "echo": true,
          "clear": true,
          "group": "vm"
        },
        "isBackground": true,
        "problemMatcher": [
          {
            "pattern": [
              {
                "regexp": ".",
                "file": 1,
                "location": 2,
                "message": 3
              }
            ],
            "background": {
              "activeOnStart": true,
              "beginsPattern": ".",
              "endsPattern": ".",
            }
          }
        ]
      },
      {
        "label": "build linux",
        "type": "shell",
        "command": "make",
        "group": {
          "kind": "build",
          "isDefault": true
        },
        "presentation": {
          "echo": false,
          "group": "build"
        }
      }
    ]
}
# start_kernel 分析
Linux 内核的起点是 start_kernel 函数，因此先在 start_kernel 处打断点，启动调试，程序在断点处暂停，从 start_kernel 开始进行跟踪分析。单步跳过进行跟踪分析，发现 0 号进程 init_task 被设为整个系统的初始进程，即 0 号进程是手工创建的，其他进程都是 0 号进程创建的。在内核引导时，init_task 会被创建并启动，是所有其他进程的起点。
继续单步跳过，start_kernel 执行各种初始化操作。
在 start_kernel () 函数末尾，arch_call_rest_init () 函数体内为 rest_init () 函数，因此设置一个 rest_init 函数断点，进入 rest_init 函数体内，该函数由 0 号进程执行。
kernel_thread 函数创建 kernel_init，对应 1 号进程，是所有用户进程的祖先。
接着 kernel_thread 函数创建 kthreadd，对应 2 号进程，是所有内核进程的祖先。
进入 kernel_thread 函数查看，该函数通过 do_fork 函数创建进程。通过 kernel_thread 函数代码可以看到 1 号进程和 2 号进程最终都是通过 do_fork 创建的，用户态通过系统调用 fork 创建一个进程最终也是通过 do_fork 来完成的。
进程的创建过程大致是父进程通过 fork 系统调用进入内核_do_fork 函数，复制进程描述符及相关进程资源（采用写时复制技术）、分配子进程的内核堆栈并对内核堆栈和 thread 等进程关键上下文进行初始化，最后将子进程放入就绪队列，fork 系统调用返回；而子进程则在被调度执行时根据设置的内核堆栈和 thread 等进程关键上下文开始执行。
查看 kernel_init 函数定义，如下图的代码实现部分会调用 run_init_process 函数。
run_init_process 函数如下，其中 do_execve 用于加载可执行文件、运行 init 程序并执行 exec 系统调用。1 号进程完成用户态初始化。
查看 kthreadd 函数定义。2 号进程创建并完成初始化。