lab3：基于VS Code的Linux内核调试环境搭建及start_kernel跟踪分析_vscode kernel跟踪调试

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
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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

xz -d linux-5.4.34.tar.xz
 
tar -xvf linux-5.4.34.tar #解压源码
 
cd linux-5.4.34
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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
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出现如下界面

修改其中的配置：

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)

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4.编译和运行内核

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

5.制作内存根文件系统

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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修改为静态编译

make menuconfig
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编译安装

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

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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/
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7.编写init脚本

将init脚本文件放在根文件系统跟目录下

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome YouYouOS!"
echo "--------------------"
cd home
/bin/sh
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对proc和sys进行挂载

chmod +x init
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将内存根文件系统镜像打包

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

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运行

qemu-system-x86_64 -kernel ./arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz
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8.配置vscode并调试linux内核

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）

python ./scripts/gen_compile_commands.py
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在断点里增加函数断点：start_kernel，运行并启动调试

start_kernel函数会执行一系列初始化操作，其中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。在此阶段，内核会创建一些必要的核心数据结构，例如物理内存管理器、虚拟内存管理器以及进程调度器等。

rest_init

start_kernel的结尾是arch_call_reset_init()，这个函数执行了reset_init()函数，进入reset_init函数内部，并且这个函数是由0号进程执行的。在rest_init函数中，内核将通过下面的代码产生第一个真正的进程。

kernel_thread函数是通过_do_fork函数来创建进程的

在新线程（进程）中运行kernel_init()函数， 在kernel_init()函数里面调用了run_init_process函数

kernel_init()最终会通过do_execve系统调用来执行根文件系统下的/sbin/init文件

然后是2号进程的创建，2号进程比所有内核进程最早创建，而kernel_thread创建了2号进程，同时进程执行的函数是kthreadd()：
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