Linux操作系统分析学习总结

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一、Linux操作系统分析中的学习收获与感想

本学期的linux操作系统分析这门课由孟宁老师和李春杰老师共同讲解，经过一个学期的学习，我对Linux内核的原理有了更进一步的理解，并且完成两个实验，在实践中理解linux内核的编译、运行，对操作系统的运行原理有了更深的理解，尤其是对函数的调用堆栈、系统调用的内核处理过程等。在本课程中，我们学习了x86和ARM64指令集架构，同时也第一次了解到LoongArch，有同学还完成了c代码编译成LoongArch的代码分析，在参考学习后有很大的收获。

二、课程实验

实验一 mykernel

实验过程

安装所需工具

sudo apt install axel
sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
sudo apt install qemu # install QEMU
sudo apt install qemu-system-x86 

下载mykernel

wget https://raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch

下载linux内核

axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz

解压linux内核

xz -d linux-5.4.34.tar.xz
tar -xvf linux-5.4.34.tar

给内核打mykernel补丁

cd linux-5.4.34
patch -p1 < ../mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch

编译

make defconfig
make -j$(nproc)

实验结果

由于putty远程连接不支持显示图形界面，以下改用VNCviewer

执行

qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

实验二 debug linux kernel

前几步同实验一

在linux-5.4.34目录中执行

make menuconfig

选择 Kernel hacking

配置如下选项

Kernel hacking  --->
  Compile-time checks and compiler options  --->
        [*] Compile the kernel with debug info
        [*]   Provide GDB scripts for kernel debugging
  [*] Kernel debugging
Processor type and features ---->
  [ ] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

编译并运行内核

make -j$(nproc) # nproc gives the number of CPU cores/threads available
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

因为没有文件系统最终会kernel panic！

制作内存根文件系统

首先从https://www.busybox.xn--net-128dw501a/ 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

编译成静态链接

make menuconfig
Settings  --->
    [*] Build static binary (no shared libs) 

编译

make -j$(nproc) && make install

制作内存根文件系统镜像

mkdir rootfs
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 MengningOS!"
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

qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz

debug linux kernel

执行qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd ./busybox-1.31.1/rootfs.cpio.gz -S -s -nographic -append "console=ttyS0" ，再打开一个窗口，启动gdb，把内核符号表加载进来，建立连接

gdb vmlinux

(gdb) target remote:1234

(gdb) b start_kernel

c、bt、list、next、step....

三、参考资料

庖丁解牛Linux操作系统分析 https://gitee.com/mengning997/linuxkernel

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