一、跟踪分析内核的启动过程实验：

1.启动Menuos：

qemu仿真kernel：

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

2.调试跟踪：

-S  开始处冻结CPU，方便调试
-s  使用tcp端口1234来进行通讯，将进程信息传过去（在后面的调试中会用到）。若不想使用1234端口，可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项

启动gdb，把内核加载进来，建立连接：?

file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

在 start_kernel 处设置断点，继续执行，停在断点处：

在 rest_init 处设置断点，继续执行，停在断点处：

3.内核启动分析：

（1）start_kernel()

main.c 中没有 main 函数，start_kernel() 相当于是C中的main函数。start_kernel是一切的起点，在此函数被调用之前内核代码是用汇编语言写的，完成系统的初始化工作，为c代码的运行设置环境。由调试可得 start_kernel 在500行：

（2）init_task()

start_kernel() 函数几乎涉及到了内核的所有模块，如：trap_init()（中断向量的初始化）、mm_init()（内存管理的初始化）sched_init()（调度模块的初始化）等，首先是510行的init_task()：

struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task);

可以看出 init_task(0号进程)是 task_struct 类型，是进程描述符，使用宏INIT_TASK对其进行初始化。接下来就是对各种模块的初始化：

（3）rest_init()

通过rest_init（）新建kernel_init、kthreadd内核线程：

403行代码

kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);

由注释得调用 kernel_thread()创建1号内核线程（在 kernel_init 函数正式启动）：

注：对比 init_task 和 kernel_thread()

kernel_thread()是 fork 出了一个新进程来执行kernel_init 函数，而 init_task 是使用宏进行初始化的。也就是说0进程不是系统通过 kernel_thread 的方式（也就是 fork）创建的（init_task 是唯一一个没有通过 fork()产生的进程）。

405行代码

pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);1

调用 kernel_thread()执行 kthreadd函数，创建 PID=2的内核线程：

此函数的任务是管理和调度其他内核线程 kernel_thread。for 循环中运行 kthread_create_list 全局链表中维护的 kthread, 在create_kthread()函数中，会调用 kernel_thread 来生成一个新的进程并被加入到此链表中，因此所有的内核线程都是直接或者间接的以 kthreadd 为父进程。

4.总结：

(1)init_task()（PID=0）在创建了init进程后，调用 cpu_idle() 演变成了idle进程，执行一次调度后，init进程运行；

(2)1号内核线程负责执行内核的部分初始化工作及进行系统配置，最后调用do_execve执行 init 函数，演变成 init 进程（用户态1号进程），init 进程是内核启动的第一个用户级进程；

(3)kthreadd（PID=2）进程由0号进程创建，始终运行在内核空间, 负责所有内核线程的调度和管理。

二.教材内容总结

??? 其实本科所学的操作系统这门课已经详解了进程调度的原理和手段，而且链表作为数据结构的一种，也早已实现过多次，所以这里我不再做过多陈述。只是总结一下，我认为的新的、或者原来没学的内容。

??? Linux调度器是以模块方式提供的，这样做的目的是允许不同类型的进程可以有针对性地选择调度算法。这种模块化结构被称为调度器类，它允许多种不同的可动态添加的调度算法并存，调度属于自己范畴的进程。每个调度器都有一个优先级，基础的调度器代码定义在kernel/sched.c文件中，它会按照优先级顺序遍历调度类，拥有一个可执行进程的最高优先级的调度器类胜出，去选择下面要执行的那一个程序。这里我觉得调度器只存在于Linux操作系统中，Windows系统中没有。

??? 红黑树是一种自平衡的二叉树，与普通二叉树相比，它具有着色属性，或红色或黑色。它通过以下六个属性来维持半平衡二叉树：
?????????????? - 所有的节点不是红色，就是黑色
?????????????? - 叶子节点都是黑色
?????????????? - 叶子节点不包含数据
?????????????? - 所有非叶子节点都有两个子节点
?????????????? - 如果一个节点是红色，则它的子节点都是黑色
?????????????? - 在一个节点到其叶子节点的路径中，如果总是包含同样数目的黑色节点，则该路径相比其他路径是最短的。

??? 进程调度的主要入口点是函数schedule()；其实在之前的《构建一个简单的Linux系统》实验中出现过，这个函数中嵌入汇编代码，实现进程的切换。

??? 其实在进程切换和调度中，还有一个很重要的概念就是加锁机制。由于系统资源的有限，为避免产生死锁，必须对临界区资源加锁。想到这一概念我特意翻了一下课本，发现在内核同步那一章有讲。

三、小结：

?本周学习中遇到了很多不明白的指令和术语，一边实践一边查阅资料，在阅读资料中又会由此引出新的问题（如在搜索init进程中看到先是内核线程又是用户进程，然后如果不理解二者区别，就没法弄明白1号进程的前世今生，只能继续搜索内核线程和用户进程的区别）过程辛苦，但好在问题大部分得以解决，还有小部分需要再强化理解。