参考ppt的步骤：

准备工作：1-5 ，配置vscode环境：6 ，跟踪分析：7。

1.安装开发工具

sudo apt install build-essential

sudo apt install qemu # install QEMU#作为一个虚拟机

sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
#编译内核所需的依赖---一些基础库

2.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

#下载源码压缩包

下载出现了“Axel -n 20 :太多重定向”的问题，原因是可能axel版本太低了，还是直接改用了：

​wget 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 #解压源码

cd linux-5.4.34

3.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

打开是这个界面：

按Enter回车进入“--->”和Space空格键改动“[ ] [*]”来分别进行下面设置：

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。这样调试器就可以跟踪到源代码，之所以设置随机地址为了防止黑客攻击:

Processor type and features ---->
[ ] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

4.编译和运行内核

make -j$(nproc) # nproc gives the number of CPU cores/threads available
# 测试一下内核能不能正常加载运行，因为没有文件系统最终会kernel panic
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

测试了一下出现了Kernel panic:

5.制作内存根文件系统

    电脑加电启动首先由bootloader加载内核，内核紧接着需要挂载内存根文件系统，其中包含必要的设备驱动和工具，bootloader加载根文件系统到内存中，内核会将其挂载到根目录/下，然后运行根文件系统中init脚本执行一些启动任务，最后才挂载真正的磁盘根文件系统。

    我们这里为了简化实验环境，仅制作内存根文件系统。这里借助BusyBox构建极简内存根文件系统，提供基本的用户态可执行程序。

    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
#记得要编译成静态链接，不用动态链接库。

Settings --->
[*] Build static binary (no shared libs)静态编译

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) && make install

然后制作内存根文件系统镜像，大致过程如下：

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/

（这里我是返回到linux-5.4.34文件夹下来创建rootfs文件夹的，部分截图：

）

接下来准备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：（使用touch init 创建init脚本文件，再“vim init”打开init文件，再按i进入插入模式，粘贴进去，再按ESC进入命令模式，:wq保存并退出即可。）

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome YouYouOS!"
echo "--------------------"
cd home
/bin/sh

其中mount命令是对proc和sys进行挂载。

接下来对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 linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz 

这里命令在linux-5.4.34文件夹下执行的，根据我的文件放置位置（我的rootfs.cpio.gz放在了·linux-5.4.34文件里面）改动了：

# 改成了：
qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz

成功执行了init脚本。到这里就可以直接使用gdb调试了。

*gdb调试（可跳过）

执行：

qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz -S -s
#其中-S意思是Stopped，-s为gdb提供一个调试端口tcp:1234。 

同时再打开另一个终端,输入命令：

gdb vmlinux

就可以进行gdb测试跟踪了。

(gdb) target remote:1234 //这是通过之前预留的tcp:1234建立连接
(gdb) b start_kernel //这是设置了第一个断点
c、bt、list、next、step.... //具体查看gdb的命令

测试的时候gdb出现了Remote 'g' packet reply is too long的问题：参考了下面的文章：

解决Remote 'g' packet reply is too long错误

但是命令行下打断点跟踪代码还是不够方便，用VSCode边看代码随时打断点单步执行会更方便一些。使用vscode还需要再配置下vscode的环境。

6.配置VSCode调试Linux内核

    首先在linux系统下载vscode安装包，打开ubuntu自带的火狐浏览器下载：官方下载地址，选择.deb下载选项，这里我下载的是：

然后执行安装命令 sudo apt install ./<filename>.deb，我的文件对应的安装命令是：

sudo apt install ./code_1.76.1-1678294265_amd64.deb

    还要安装VSCode插件C/C++ Intellisense和C/C++ Themes。由于插件C/C++ Intellisense需要GNU Global，还需要使用如下命令安装GNU Global。

sudo apt install global

接下来在VScode里搜索安装这几个扩展（中文可以不用）：

准备在vscode中打开前面准备好的linux-5.4.34文件夹，需要做两件事情：

（1）命令行输入：

python ./scripts/gen_compile_commands.py

（不然后面配置文件这里会报错：）

* *

这里的解释是：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。 ----来自老师的ppt

（2）需要在linux-5.4.34文件夹下在此之前直接先手动放好配置文件：新建一个.vscode文件夹，（需要点击ctrl+h显示隐藏文件）把配置文件里的文件全部放入.vscode文件夹内：

接下来就可以在vscode里打开linux-5.4.34文件夹：可以看到.vscode配置文件夹已经出现了：

同时改一下tasks.json：跟前面文件放置的问题一致。（我的文件放置是这样改）

还有setting.json里最后这个"Disabled"按照我的vscode提示改成了"disabled"（可能版本问题？）

这下vscode的调试环境就配置好了。

（如果更改文件则需要再在命令行make -j$(nproc) 一下）

7.跟踪分析

因为linux内核的起点是"start_kernel"函数，因此先在start_kernel处打断点：点击运行和调试图标，在断点里增加函数断点：start_kernel

点击运行--启动调试，从start_kernel开始进行跟踪分析。

可以看到程序执行停在了start_kernel处：

点击单点跳过，这里我们看到了0号进程init_task被设置整个系统的第一个进程(0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，它是所有其他进程的起点。

继续跳过，start_kernel会继续执行一些初始化操作，包括初始化各种重要的数据结构、驱动程序、中断处理程序等。在这个阶段，内核会建立好一些必要的核心数据结构，如物理内存管理器、虚拟内存管理器，以及进程调度器等。

最后来到start_kernel的结尾arch_call_reset_init()，这个点开这个函数的定义是执行了reset_init()函数，因此我们再设置一个函数断点"reset_init"，继续点击单点跳过发现就进入了reset_init函数内部。这个函数是由0号进程执行的。

继续执行，这时候遇到了kernel_init，即1号进程，它是所有用户进程的祖先，由kernel_thread函数创建，kernel_thread函数创建一个新的内核线程(实际linux不支持线程所以是一个内核进程），该线程的入口地址是kernel_init()函数。

点开kernel_thread函数的定义。

发现kernel_thread函数是通过_do_fork函数来创建进程的。

_do_fork函数主要完成了调用copy_process()复制父进程、调用wake_up_new_task将子进程加入就绪队列等待调度执行等。

这里copy_process点进去还有调用dup_task_struct函数等过程，放上do_fork的过程，借用老师ppt的图一目了然：

接下来在新线程（进程）中运行kernel_init()函数， 点开kernel_init()函数，可以看出，在这个里面调用了run_init_process函数：

一共有三个if，其中前两个点开ramdisk_execute_command和execute_command的定义看程序没有看懂，因此这里参考了一篇文章【linux kernel】linux内核的init线程

ramdisk_execute_command 可以通过 uboot 在环境变量中指定。execute_command也是一个全局的 char 指针变量，值也可以通过u-boot 传递。

所以这两个没有值就按顺序再尝试跳转到/sbin/init、/etc/init、/bin/init、/bin/sh去启动用户空间的init程序。而run_init_process函数则使用了do_execve函数:

点开do_execve函数，do_execve加载可执行文件，运行init程序，执行exec系统调用，

-> do_execve() –> do_execveat_common() -> __do_execve_file -> exec_binprm()-> search_binary_handler() -> load_elf_binary() -> start_thread()。

这样1号进程就完成了用户态初始化。

接下来是2号进程的创建，2号进程是所有内核进程的祖先，kernel_thread创建了2号进程，同时进程执行的函数是kthreadd：

查看kthreadd函数，做完一些初始化设置后，发现2号进程在不停地查看是否有需要创建的内核进程，如果kthread_create_list不空即有需要创建的内核进程，则就创建否则就执行schedule函数（不创建？）

reset_init函数继续执行，最后调用了cpu_startup_entry，设置断点查看这个函数，发现它最后执行了while(1)无限循环，循环内执行do_idle函数，这个函数具体查看了这个帖子：idle进程内的do_idle函数的作用，总结就是：

在do_idle()中，代码会不断地轮询，判断当前系统是否需要调度，如果系统当前不需要调度，则进入到idle状态。

这样循环的意义就是：

根据内核源码——C语言阶段的start_kernel函数_天糊土的博客-CSDN博客

总结：

调度系统负责考评系统中所有的进程。只要有哪个需要被运行，调度系统就会终止cpu_idle死循环进程（空闲进程）转而去执行有意义的干活的进程。

这样start_kernel就简单分析完了。