课本：第3章 MenuOS的构造 内容总结
- 计算机的“三大法宝”
- 存储程序计算机
- 函数调用堆栈
- 中断
- 操作系统的“两把宝剑”
- 中断上下文切换：保存现场和恢复现场
- 进程上下文切换
在接触linux内核源代码时，linux是基于一个稳定版的内核Linux-3.18.6。其内核源码的目录结构如下：
其中，arch目录是与体系结构相关的子目录列表，里面存放了许多CPU体系结构的相关代码。arch目录中的代码在linux内核代码中占比相当庞大，主要是因为arch目录中的代码可以使linux内核支持不同的CPU和体系结构。本课程实验是基于x86构架，所以只需要关心x86目录下的内容。
除了arch目录以外，还有如下几个关键目录：
- block：存放linux存储体系中关于块设备管理的代码。
- crypto：存放常见的加密算法的C语言代码。
- Documentation：存放一些文档。
- drivers：驱动目录，里面分门别类地存放了linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
- firmware：固件。
- fs：即file system（文件系统），里面列出了linux支持的各种文件系统的实现。
- include：头文件目录，存放公共头文件。
- init：初始化，存放linux内核启动时的初始化代码，其中main.c文件就在这个目录下，这是整个linux内核启动的起点，main.c中的start_kernel函数是初始化linux内核启动的起点。
- ipc：即inter-process communication(进程间通信)，其目录下为linux支持的IPC代码实现。
- kernel：即linux内核，这个文件夹下存放着内核本身需要的一些核心代码文件。
- lib：共用的库文件，里面是一些公用的库函数。在内核编程中不能使用C语言的标准库函数，这里的lib目录下的库函数就是来替代那些标准库函数的。
- mm：即memory management（内存管理），存放linux的内存管理代码。
- net：该目录下是网络相关的代码，例如TCP/IP协议栈等。
- 此外还有一些与声音、安全、脚本、工具相关的目录
了解了内核的基本结构和基本功能，为下面的实验进行打下了基础和铺垫。
实验：跟踪分析Linux内核的启动过程
使用实验楼的shell环境，其已经在虚拟机中搭建好了menuOS，所以我们通过两个简单的命令就可以把linux系统和一个简单的文件系统运行起来：
cd LinuxKernel/
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img其中，qemu仿真kernel；bzImage是vmLinux经过gzip压缩后的文件；vmLinux是编译出来的最原始的内核ELF文件；initrd是“initial ramdisk”的缩写，是用来初始化内存根文件系统。根文件系统一般包括内存根文件系统和磁盘文件系统，普通linux用户一般感受不到这个内存根文件系统的存在，因为在普通linux系统在启动时，是boot loader将存储介质中的initrd文件加载到内存，内核启动时先访问initrd文件系统，然后再切换到磁盘文件系统。本次实验简化为只使用了initrd根文件系统，创建了一个rootfs.img，其中只有一个init功能，用menu程序替代init。内核启动完成后进入menu程序。效果如下图所示：
可以看到，menu项目支持3个命令：help、version和quit。
下面，使用gdb跟踪调试内核，输入以下命令：
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S # 关于-s和-S选项的说明：
-S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
-s shorthand for -gdb tcp::1234 若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项效果如下：
水平分割窗口，启动gdb，输入以下命令：
gdb
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
（gdb）break start_kernel # 断点的设置可以在target remote之前，也可以在之后执行效果如下：
在start_kernel处设置了断点，使用continue命令让程序执行到断点位置，如下图所示：
可以看到在程序执行到start_kernel断点处，qemu窗口中的执行效果。下面再在rest_init处为内核代码增加一个断点，执行效果如下：