使用VSCode对Linux内核调试环境搭建和start_kernel跟踪分析_vscode调试内核

一、环境搭建

1. 安装 build-essential

   sudo apt install build-essential
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   build-essential是一个Ubuntu的软件包，包含了GNU编译器集合，GNU调试器，和其他编译软件所必需的开发库和工具。这个软件包是C语言的开发包，包含了gcc、make、gdb和libc函数库等很多工具。

2. 安装 qemu

   sudo apt install qemu 	
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   qemu是一款通用且免费的虚拟机；在这里用于安装重构的linux内核；

3. 安装一些linux下的开发库

   sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
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   其中，libncurses5-dev是一个开发库，它提供了一些函数，用于在终端上显示文本界面。
   bison是一个解析器生成器，它可以将上下文无关文法转换为解析器。
   flex是一个快速的词法分析器生成器，它可以将正则表达式转换为词法分析器。
   libssl-dev是一个安全套接字层（SSL）开发库，它提供了一些函数，用于加密和解密数据。
   libelf-dev是一个ELF（可执行和链接格式）开发库，它提供了一些函数，用于读取和修改ELF文件。

4. 下载内核的源码并解压

   sudo apt install axel
   axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz
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5. 配置内核相关选项

```
make defconfig 
```
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/06bb7e01b1e84b189f173fd5efed98f3.png)
```
make menuconfig  # 打开debug相关选项
```
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/a31f45cf6b4d47268e2404c8ce792674.png)
配置好后进行编译
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/9e0c03643aa04cf59cd13ee0ad9ad6f5.png)
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二、 制作内存根文件系统

1. 前期准备
   下载 busybox源代码解压，解压完成先配置编译再进行安装。

   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
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2. 编译安装

   make -j$(nproc) && sudo make install
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3. 制作根文件系统镜像

   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/
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4. 给init添加权限并打包内存根文件系统镜像

   chmod +x init
   find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz 
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三、VSCode断点分析

1. 安装vscode和相关插件

```
sudo apt install ./code_1.76.1-1678294265_amd64.deb
sudo apt install global
```
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/08175344417343c4861d5fcf00767b1a.png)
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2. 使用vscode打开linux目录并添加断点
   
   在断点处成功停了下来
   

2. 调试分析

设置另一个断点在 rest_init 函数处，并继续执行直到该断点被触发。可以看到，rest_init 是在 start_kernel 函数的结尾调用的。在 main.c 中找到 start_kernel 函数，它是内核启动的起点。浏览 start_kernel 函数，可以看到 init_task 变量被初始化，它类似于之前分析 mykernel 时的第一个进程的 PCB。此外，还有许多其他模块的初始化工作，因为每个启动点都涉及到复杂的模块，而且内核非常庞大，包括许多模块。在研究内核的某个模块时，需要了解 start_kernel 函数，因为内核的主要模块的初始化工作都在该函数中调用。

在 start_kernel 函数中，有许多设置的内容，其中包括 trap_init 函数的调用，涉及一些初始化中断向量。只需要查看 arck_x86 的代码，它在 set_intr_gate 设置了许多中断门和硬件中断。start_kernel 函数的最后一句是 rest_init，内核启动完成后，调用 call_cpu_idle，当系统没有需要执行的进程时，就调用 idle 进程。
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1. trap_init()
在 start_kernel 函数中还调用了 trap_init 函数来初始化中断处理程序和中断向量表。这个函数在 arch/x86/kernel/traps.c 文件中定义，主要功能是通过 set_intr_gate 函数将中断向量表的项设置成对应的中断处理函数。在 trap_init 中，还会初始化系统调用（syscall）的中断处理函数，以及初始化各个异常的中断处理函数。

2. mm_init()
在 start_kernel 函数中还调用了 mm_init 函数来初始化内存管理系统。这个函数主要是用来初始化内核代码所占用的地址空间，并初始化虚拟内存系统。在 mm_init 中，还会初始化物理内存管理系统，包括将整个物理内存空间映射到内核地址空间中，并为每个进程创建一个页表，以便实现虚拟内存的管理。

3. sched_init()
在 start_kernel 函数中还调用了 sched_init 函数来初始化进程调度系统。这个函数主要是用来初始化进程控制块（PCB）和进程调度队列，以及初始化各个进程调度算法。在 sched_init 中，还会初始化内核线程的 PCB 和进程调度队列，以便它们也能够被进程调度系统管理。