Linux源代碼閱讀——環境准備
轉自：http://home.ustc.edu.cn/~boj/courses/linux_kernel/0_prepare.html
目錄
- Linux 系統環境准備
- 定制安裝 Ubuntu
- 安裝工具鏈
- 編譯 Linux 內核
- 默認編譯
- 自定義編譯
- 模擬執行 Linux
- 用 qemu 模擬 Hello World 系統
- 准備源碼閱讀環境
- vim 基本設置
- 在 vim 中使用 cscope
- 在 vim 中使用 ctags
- 使用 taglist 顯示 symbol 窗口
- Linux 內核源代碼結構
1 Linux系統環境准備
1.1 定制安裝Ubuntu
- 從科大源下載 Ubuntu Alternative CD，校驗 MD5。
- 掛載 ISO，使用 preseed 文件來進行一些預定制，參考 http://pxe.ustc.edu.cn/boot/conf/preseed.debian.ustc.cfg（當然其中的 debian 需要改為 ubuntu，hostname 改成自己希望的主機名），指定安裝所使用的源，以及其他一些預定義設置。
- 卸載ISO，使用 usb-creator-gtk 制作啟動U盤。
- 使用 parted 分區：將硬盤的一個空閑 NTFS 分區刪除；mkpartfs 建立一個ext2（用於/boot）、一個swap、一個ext4（用於根分區）。
- 從U盤啟動，選擇 Install a command-line system，設置鍵盤、分區等（其他設置已經寫在 preseed 中了），安裝基本系統，設置用戶名密碼。
- grub-mkimage 制作包含 reiserfs 模塊的 grub2（原有的 linux 所在分區是 reiserfs 的），grub-mkconfig 更新 grub.cfg 配置文件。
- 安裝 X（xserver-xorg）、GNOME 桌面環境（gdm、gnome-core、xinit、gnome-utils、synaptic）
- 安裝中文語言包（language-pack-zh-base、language-support-fonts-zh、xfonts-wqy、language-selector），修改 locale
- 安裝輸入法（fcitx）、vim等
- 安裝、設置聲卡驅動（alsa）（特定硬件的驅動問題，采用網上的辦法）
- 安裝 ntfs-3g、wine 等系統工具，tcpdump、firefox、filezilla、amule 等網絡工具，okular、chmsee、libreoffice 等辦公工具
- 安裝 ssh、nginx、php5-fpm、MySQL、memcached、vsftpd 等服務器需要的 daemon（網絡開發用）
- apt-get clean 清除緩存
- 編輯 /etc/modules，開機加載 fuse（用戶態文件系統）模塊，以便使用 ntfs-3g
- 編輯 /etc/fstab 將 /dev/sda4（NTFS）自動掛載上，為方便 Windows 使用，學習資料等數據放在這個分區。
# <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass> proc /proc proc nodev,noexec,nosuid 0 0 # / was on /dev/sda2 during installation UUID=d993c54c-0602-48d2-935f-be9ac654f9a0 / ext4 errors=remount-ro 0 1 /dev/sda1 none swap sw 0 0 /dev/sda4 /media/DATA ntfs-3g silent,umask=0,locale=zh_CN.utf8 0 0
1.2 安裝工具鏈
- 編譯內核所需工具鏈：
- build-essential (gcc, make, ld等)
- binutils
- libncurses-dev (make menuconfig 時需要)
- kernel-package
- 模擬內核所需工具：
- qemu
- gdb
- fakeroot (chroot)
- initramfs-tools
- module-init-tools
2 編譯Linux內核
2.1 默認編譯
- 從 kernel.org 下載 Linux 2.6.26 源碼，tar -zvxf
- make mrproper 清除所有已編譯文件和配置文件
- make i386_defconfig 生成x86體系結構的默認配置。此過程首先HOSTCC、SHIPPED、HOSTLD一些配置文件，然后進入 Linux Kernel Configuration，與 make config 的命令行界面相同，只是所有選項都被自動選擇了（具體參見 arch/x86/configs/i386_defconfig）。
- make 編譯代碼。由CC、LD、AR、AS、GEN、HOSTCC、OBJCOPY、BUILD等過程組成。其中有一些 warning，是因為代碼不符合當前C標准，可以忽略。
BUILD arch/x86/boot/bzImage Root device is (8, 2) Setup is 10140 bytes (padded to 10240 bytes). System is 2651 kB CRC e3791c7 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#1)
2.2 自定義編譯
- 每次更改配置重新編譯前，make clean 清除上次編譯的目標文件和中間文件，但保留配置文件以便在其基礎上修改。
- make menuconfig 進入終端下的菜單選擇。相比完全命令行界面的 config，用起來更方便；而圖形界面的 xconfig 或 gconfig 雖然比較直觀，但不便於使用鍵盤。
- 設置完畢，保存到 .config
- make 編譯代碼，生成的內核映像是 arch/x86/boot/bzImage
Root device is (8, 2) Setup is 10140 bytes (padded to 10240 bytes). System is 3063 kB CRC aa68b290 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#3) Building modules, stage 2. MODPOST 26 modules
- 由於我們是在虛擬機內運行而不是安裝到本地系統，因此不需要 make install
具體設置參考：Linux 2.6.19.x 內核編譯配置選項簡介（金步國）
- General Setup
- 為 local version 賦予一個惟一的自定義版本號（如boj1），以免不同的內核發生混淆
- 選中 Auditing Support，以方便以后試驗 SELinux
- 要選中 Initramfs，現在 Linux 啟動一般都用 initramfs（原來的 initrd）
- Loadable Module Support
- modprobe 時需要使用
- 選中 Automatic kernel module loading，讓內核通過運行 modprobe 來自動加載所需要的模塊，自動解決模塊的依賴關系
- Enable the block layer
- 塊設備需要使用
- Large Block Device 暫時不需要，沒有 2TB 以上的塊設備
- Processor Type and Features
- 根據 /etc/cpuinfo，當前的CPU是 Intel(R) Core(TM) Duo CPU T2250 @ 1.73GHz
因此選擇 Core 2/Newer Xeon。 - 由於只在自己的計算機上使用，取消 Generic x86 support。
- 由於自己的CPU是雙核的，Maximum number of CPUs 設為2，每個CPU在內核映像中占據8KB。
- High Memory Support 選擇 4G（由於內存是2.5G的）
- Timer Frequency 由於是桌面系統，對實時性要求較高，設為 1000Hz。
- 根據 /etc/cpuinfo，當前的CPU是 Intel(R) Core(TM) Duo CPU T2250 @ 1.73GHz
- Power management options
- 選中 Hibernation，以實現休眠功能
- Bus options
- 選中 PCI Express Support，顯卡和網卡都需要
- Executable file formats
- Kernel support for MISC binaries 允許插入二進制的封裝層到內核中，使用 Java 等語言編寫的程序時需要它
- Networking Support
- Networking options
- 選中 Packet Socket 和 mmaped IO，以便使用網絡監控工具。
- 選中 TCP Syncookie support，抵抗 SYN flood 攻擊。需要同時啟用 /proc 文件系統和 Sysctl support，然后在系統啟動並掛載了 /proc 之后執行 "echo 1 >/proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies" 命令。
- 選中 Network packet filtering，Netfilter 對數據包進行過濾和修改。
- 選中 IPv4/IPv6 connection tracking support，以使用 NAT。
- 選中 IP tables 和 ARP tables，經常需要用。其中選中 Full NAT 以便使用 iptables 中的 NAT 功能。
- 選中 IP6 tables support，監控 IPv6 協議需要用。
- 選中 Network Testing 中的 Packet Generator（編譯為 pktgen 模塊），方便網絡測試。
- 選中 Ameteur Radio Support，因為我們要玩無線電。AX.25 協議編譯為 ax25 模塊。
- 將 IrDA (infrared) subsystem support 編譯為 irda 模塊，以便使用無線鼠標鍵盤。
- 選中 Bluetooth subsystem support，藍牙經常要用。
- 選中 Generic IEEE 802.11 Networking Stack，wifi 等都是基於 802.11 的協議。
- Networking options
- Device Drivers
- Block Devices
- 取消 Normal Floppy Disk support，沒有軟驅
- 需要選中 RAM block device support，initrd 需要用。
Menuconfig Help 中說│ Saying Y here will allow you to use a portion of your RAM memory as │ a block device, so that you can make file systems on it, read and │ write to it and do all the other things that you can do with normal │ block devices (such as hard drives). It is usually used to load and │ store a copy of a minimal root file system off of a floppy into RAM │ during the initial install of Linux. Most normal users won't need the RAM disk functionality, and can thus say N here.
因此第一次配置時沒有編譯進內核，導致虛擬機無法啟動：[ 0.776881] Unpacking initramfs...<0>Kernel panic - not syncing: bad gzip magic numbers
- ATA/ATAPI/MFM/RLL support
- 取消 Include IDE/ATA-2 DISK support
- SCSI device support
- 選中 RAID Transport Class，將來可能折騰 RAID
- Multiple devices driver support (RAID and LVM)
- 將 RAID support 及相關選項編譯為模塊，以使用軟RAID。
- 選中 Device Mapper support，以使用 LVM。
- 取消 Macintosh device drivers
- Multimedia devices
- 選中 Video for Linux，以便進行攝像頭編程
- Sound
- 選中 Advanced Linux Sound Architechture，計算機上的聲卡需要用 ALSA。
- 取消 Open Sound System
- 選中 Real Time Clock，以便獲取系統時間
- 選中 DMA Engine Support，以便使用 Direct Memory Access
- Block Devices
- Firmware Drivers
沒有特殊固件，因此保留默認配置。 - File Systems
- ext2、ext3、ext4 都是 Linux 經典文件系統，經常需要用到，編譯進內核
- ReiserFS 對於小文件的處理效率很高，有個存放各種源代碼的分區用這個文件系統，編譯進內核
- 選中 Filesystem in Userspace Support，ntfs-3g 是基於 fuse 的，這樣不用每次開機都加載 fuse 模塊。
- 微軟文件系統：不選 NTFS 文件系統支持，內核中對於 NTFS 寫的支持不好，使用用戶態的 ntfs-3g 代替。
- 本地語言支持：默認本地語言設為 utf-8，選中 Codepage 437, GB2312, Big5, ASCII， ISO 8859-1, UTF-8.
- Kernel Hacking
- 選中 Show timing information on printks，方便內核調試
- 選中 Magic SysRq key，在緊急狀態時使用 reisub 奪回系統控制權
- Security Options
暫時不需要其他安全模型，保留默認值，全不選。 - Cryptographic options
將 MD5、SHA1、Blowfish、DES 等常用加密算法編譯為模塊備用。 - Virtualization
電腦硬件不支持 KVM，因此不選。 - Library routines
保留默認值。
3 模擬執行 Linux
3.1 用 qemu 模擬 Hello World 系統
- 寫一個 Hello World 程序：
[boj@boj-laptop:~/test]$ cat test.c #include<stdio.h> int main() { printf("Hello World!"); return 0; } - 靜態鏈接編譯
[boj@boj-laptop:~/test]$ gcc -static -o init test.c
- 建立目標根目錄映像
[boj@boj-laptop:~/test]$ dd if=/dev/zero of=initrd4M.img bs=4096 count=1024 [boj@boj-laptop:~/test]$ mke2fs initrd4M.img [boj@boj-laptop:~/test]$ mkdir rootfs [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mount -o loop initrd4M.img rootfs
- 將init拷貝到目標根目錄下
[boj@boj-laptop:~/test]$ cp init rootfs/
- 准備 /dev 目錄、console 設備、linux 根設備（ram）
[boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mkdir rootfs/dev [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mknod rootfs/dev/console c 5 1 [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo mknod rootfs/dev/ram b 1 0 [boj@boj-laptop:~/test]$ sudo umount rootfs
- 用 qemu 模擬運行
[boj@boj-laptop:~]$ qemu -kernel linux-2.6.26/arch/x86/boot/bzImage -initrd test/initrd4M.img -append "root=/dev/ram init=/init"
一段初始化后，輸出了 Hello World，隨即 Kernel Panic（因為 init 在輸出字符串后就自行退出了）
[ 4.270006] Freeing unused kernel memory: 244k freed Hello World![ 4.326627] Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!
4 准備源碼閱讀環境
4.1 vim 基本設置
[boj@boj-laptop:~]$ cat ~/.vimrc set encoding=UTF-8 set langmenu=zh_CN.UTF-8 language message zh_CN.UTF-8 set fileencodings=ucs-bom,utf-8,cp936,gb18030,big5,euc-jp,euc-kr,latin1 set fileencoding=utf-8 sy on set ai set nu set shiftwidth=2 set tabstop=4 set softtabstop=4 set ic "搜索時忽略大小寫，以便在某些“駱駝”變量名風格的源碼中查找
4.2 在 vim 中使用 cscope
- 安裝 CScope：
sudo apt-get install cscope
- 確認 vim 支持 cscope：
vim --version | grep cscope
- 給源代碼建立索引：
cscope -Rbq
其中，ctags 遞歸的在每個目錄下生成 tags 文件，供 vim 讀取；cscope 生成 cscope.out
cscope.out: cscope reference data version 15 with inverted index
- 將以下內容添加到 ~/.vimrc 中，以自動加載 cscope.out。
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" " cscope setting if has("cscope") set csprg=/usr/bin/cscope "指定用來執行 cscope 的命令 set csto=1 "先搜索tags標簽文件，再搜索cscope數據庫 set cst "使用|:cstag|(:cs find g)，而不是缺省的:tag set nocsverb "不顯示添加數據庫是否成功 " add any database in current directory if filereadable(ncscope.out") cs add cscope.out "添加cscope數據庫 endif set csverb "顯示添加成功與否 endif nmap <C-@>s :cs find s <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>g :cs find g <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>c :cs find c <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>t :cs find t <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>e :cs find e <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> nmap <C-@>f :cs find f <C-R>=expand("<cfile>")<CR><CR> nmap <C-@>i :cs find i ^<C-R>=expand("<cfile>")<CR>$<CR> nmap <C-@>d :cs find d <C-R>=expand("<cword>")<CR><CR> """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" -
根據上面的 .vimrc，使用簡單的組合鍵和字母即可使用 cscope 的查找功能。
例如，<C-@>g 先按 ctrl+@，再按 g，即可查看當前光標所在符號的定義。
:cs help
- s: 查找 C 語言符號，即查找函數名、宏、枚舉值等出現的地方
- g: 查找函數、宏、枚舉等定義的位置，類似 ctags 所提供的功能
- d: 查找本函數調用的函數
- c: 查找調用本函數的函數
- t: 查找指定的字符串
- e: 查找 egrep 模式，相當於 egrep 功能，但查找速度快多了
- f: 查找並打開文件，類似 vim 的 find 功能
- i: 查找包含本文件的文件
4.3 在 vim 中使用 ctags
在源代碼根目錄下執行 ctags -R 命令用來為程序源代碼生成標簽文件，-R 選項表示遞歸操作，同時為子目錄也生成標簽文件。vim 利用生成的標簽文件，可以進行相應檢索、並在不同的文件中的C語言元素之間來回切換。
需要在 tags 文件所在的目錄下運行 vim。否則，要用 :set tags=xxx 指定 tags 文件的路徑。
使用 tag 命令時，可以使用 TAB 鍵進行匹配查找，繼續按 TAB 鍵向下切換。
- 跳到函數或數據結構xxx處
:tag xxx
- 跳到第一個定義處，優先跳轉到當前文件
:tnext
- 跳到第一個
:tfirst
- 跳到前 count 個
:[count]tprevious
- 跳到后 count 個
:[count]tnext
- 跳到最后一個
:tlast
- 在所有 tagname 中選擇
:tselect tagname
- 跳到包含 block 的標識符
:tag /block
(這里 '/' 就是告訴 vim，'block' 是一個語句塊標簽。)
- 跳轉到光標所在函數標識符的定義處
Ctrl+]
- 使用"ctrl+t"退回上層
Ctrl+t
- 在以 write_ 開頭的標識符中選擇
:tselect /^write_
這里，'^'表示開頭，同理，'$'表示末尾。
在函數中移動光標的快捷鍵:
- [{ 轉到上一個位於第一列的"{"
- }] 轉到下一個位於第一列的"{"
- { 轉到上一個空行
- } 轉到下一個空行
- gd 轉到當前光標所指的局部變量的定義
- * 轉到當前光標所指的單詞下一次出現的地方
- # 轉到當前光標所指的單詞上一次出現的地方
4.4 使用 taglist 顯示 symbol 窗口
taglist 插件可以像 Source Insight 那樣將當前文件中的宏、全局變量、函數等 tag 顯示在 Symbol 窗口，用鼠標點上述 tag，就跳到該 tag 定義的位置；可以按字母序、該tag所屬的類或scope，以及該 tag 在文件中出現的位置進行排序；如果切換到另外一個文件，Symbol 窗口更新顯示這個文件中的 tag。taglist 依賴於 ctags。
- 打開 vim 的文件類型自動檢測功能；
- 系統中裝了 Exuberant ctags 工具，並且 taglist 能夠找到此工具（因為 taglist 需要調用它來生成 tag 文件）；
- vim 支持 system() 調用；
- 在 ~/.vimrc 中加入
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" " ctags setting set tags=./tags,./../tags,./*/tags; " Tag list (ctags) filetype on "文件類型自動檢測 if MySys() == "windows" "設定windows系統中ctags程序的位置 let Tlist_Ctags_Cmd = 'ctags' elseif MySys() == "linux" "設定linux系統中ctags程序的位置 let Tlist_Ctags_Cmd = '/usr/bin/ctags' endif let Tlist_Show_One_File = 1 "不同時顯示多個文件的tag，只顯示當前文件的 let Tlist_Exit_OnlyWindow = 1 "如果taglist窗口是最后一個窗口，則退出vim let Tlist_Use_Right_Window = 1 "在右側窗口中顯示taglist窗口 map <silent> <F8> :TlistToggle<cr> "在映射F8鍵打開tags窗口 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
上述配置過程參考了：http://www.cnblogs.com/sunblackshine/archive/2011/08/25/2152962.html
5 Linux 內核源代碼結構
Linux 2.6.26 源碼各目錄大致作用：
- Documentation/ 內核文檔，包括 CodingStyle 等
- include/子目錄包含了建立內核代碼時所需的大部分包含文件，這個模塊利用其它模塊重建內核。每種體系結構有相應的子目錄。
- init/ 子目錄包含了內核的初始化代碼，這是內核開始工作的起點。(main.c, function start_kernel)
- arch/ 子目錄包含了所有硬件結構特定的內核代碼，在 x86 體系結構下，包括 kernel、mm、lib 等子目錄，分別是與體系結構相關的核心、內存管理、庫代碼。
- drivers/ 目錄包含了內核中所有的設備驅動程序，如字符設備、塊設備。
- fs/ 目錄包含了所有文件系統的代碼，如：ext2、vfat、proc。
- net/ 目錄包含了內核的網絡代碼。
- mm/ 目錄包含了所有的內存管理代碼。
- ipc/ 目錄包含了進程間通信的代碼。
- kernel/ 目錄包含了主內核代碼
- lib/ 目錄包含了與體系結構無關的內核庫代碼
- modules/ 目錄包含了可動態加載的模塊。
- Scripts/ 目錄包含了配置核心的腳本文件。
Copyright © 2012 李博傑 PB10000603
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