在进入GDB调试前，首先掌握GDB最常用的命令，以方便完成跟踪。
b[reak] linenumber：加断点s[tep]：单步进入n[ext]：单步跳过c[ontinue]：继续执行r[un]：运行至结束或者崩溃q[uit]：退出info：查看已设置的断点和观察点watch：设置观察点其他有用的命令包括：
命令用途ptype打印变量的数据类型info share打印当前装入的共享库的名称info functions打印所有函数原型list显示当前行周围的 10 行源代码help显示主题列表计算机一旦加电以后，PC就指向BIOS的一段区域，这段区域会完成硬件自检，当硬件检查完成以后，没有发现问题。便开始从硬盘的一个扇区（大小为512个字节，在Linux中可以认为是grub）读取字节，然后把控制权交给这段代码，这段代码大小比较小，能做的事情比较少，能让用户进行一些选择操作。当选择完成以后，这样这段代码就负责加载内核到内存里了，加载完成以后，控制权就交给操作系统了，这样一个操作系统就加载并开始运行起来了。
使用实验楼的虚拟机打开shell
cd LinuxKernel/ qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img内核启动完成后进入menu程序（《软件工程C编码实践篇》的课程项目），支持三个命令help、version和quit，您也可以添加更多的命令，对选修过《软件工程C编码实践篇》的童鞋应该是a piece of cake.
使用gdb跟踪调试内核
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选项另开一个shell窗口
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Linux操作系统的基本初始化在init模块中完成，我们实验也从这个模块开始。 首先按照说明断点打在其中的main.c函数的start_kernel函数，然后执行c[ontinue]，接着就停在了main.c:501行的start_kernel函数。 使用list函数打印出上下文，我们可以看到这个模块中有很多初始化操作，如：trap_init(中断)、ipc_init(进程)、mm_init(内存管理)、sched_init(进程调度)等等。 我们再在rest_init打一个断点，在list中可以看到，rest_init已经是start_kernel最后调用的函数了。
回过头来再看start_kernel，在构架相关的汇编代码运行完之后，程序跳入了构架无关的内核C语言代码：init/main.c中的start_kernel函数，在这个函数中Linux内核开始真正进入初始化阶段。
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void) { //命令行，存放bootloader传递过来的参数 char *command_line; char *after_dashes; //初始化内核调试模块 lockdep_init(); //init_task即手工创建的PCB set_task_stack_end_magic(&init_task); //获取当前CPU的硬件ID smp_setup_processor_id(); //初始化哈希桶 debug_objects_early_init(); //防止栈溢出 boot_init_stack_canary(); //初始化cgroups cgroup_init_early(); //关闭当前CPU的所有中断 local_irq_disable(); //系统中断标志 early_boot_irqs_disabled = true; //激活当前CPU boot_cpu_init(); //初始化高端内存映射表 page_address_init(); //输出各种信息 pr_notice("%s", linux_banner); //内核构架相关初始化函数 setup_arch(&command_line); //每一个任务都有一个mm_struct结构来管理内存空间 mm_init_cpumask(&init_mm); //对cmdline进行备份和保存 setup_command_line(command_line); //设置最多有多少个nr_cpu_ids结构 setup_nr_cpu_ids(); //为系统中每个CPU的per_cpu变量申请空间 setup_per_cpu_areas(); //为SMP系统里引导CPU(boot-cpu)进行准备工作 smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */ //设置内存管理相关的node build_all_zonelists(NULL, NULL); //设置内存页分配通知器 page_alloc_init(); pr_notice("Kernel command line: %s\n", boot_command_line); //解析cmdline中的启动参数 parse_early_param(); //对传入内核参数进行解释 after_dashes = parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param, __stop___param - __start___param, -1, -1, &unknown_bootoption); if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes)) parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1, set_init_arg); jump_label_init(); //使用bootmeme分配一个记录启动信息的缓冲区 setup_log_buf(0); //进程ID的HASH表初始化 pidhash_init(); //前期虚拟文件系统(vfs)的缓存初始化 vfs_caches_init_early(); //对内核异常表(exception table)按照异常向量号大小进行排序，以便加速访问 sort_main_extable(); //对内核陷阱异常进行初始化 trap_init(); //标记哪些内存可以使用 mm_init(); //对进程调度器的数据结构进行初始化 sched_init(); //关闭优先级调度 preempt_disable(); //这段代码主要判断是否过早打开中断，如果是这样，就会提示，并把中断关闭 if (WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n")) local_irq_disable(); //为IDR机制分配缓存 idr_init_cache(); //初始化直接读拷贝更新的锁机制 rcu_init(); context_tracking_init(); //内核radis 树算法初始化 radix_tree_init(); //前期外部中断描述符初始化，主要初始化数据结构 early_irq_init(); //对应架构特定的中断初始化函数 init_IRQ(); //初始化内核时钟系统 tick_init(); rcu_init_nohz(); //初始化引导CPU的时钟相关的数据结构 init_timers(); //初始化高精度的定时器 hrtimers_init(); //初始化软件中断 softirq_init(); //初始化系统时钟计时 timekeeping_init(); //初始化系统时钟 time_init(); sched_clock_postinit(); //CPU性能监视机制初始化 perf_event_init(); //为内核性能参数分配内存空间 profile_init(); //初始化所有CPU的call_single_queue call_function_init(); WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled early\n"); early_boot_irqs_disabled = false; local_irq_enable(); //这是内核内存缓存(slab分配器)的后期初始化 kmem_cache_init_late(); //初始化控制台 console_init(); if (panic_later) panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later, panic_param); //打印锁的依赖信息 lockdep_info(); //测试锁的API是否使用正常 locking_selftest(); #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD if (initrd_start && !initrd_below_start_ok && page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) { pr_crit("initrd overwritten (0xlx < 0xlx) - disabling it.\n", page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)), min_low_pfn); initrd_start = 0; } #endif page_cgroup_init(); debug_objects_mem_init(); kmemleak_init(); setup_per_cpu_pageset(); numa_policy_init(); if (late_time_init) late_time_init(); sched_clock_init(); calibrate_delay(); pidmap_init(); anon_vma_init(); acpi_early_init(); #ifdef CONFIG_X86 if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES)) efi_enter_virtual_mode(); #endif #ifdef CONFIG_X86_ESPFIX64 /* Should be run before the first non-init thread is created */ init_espfix_bsp(); #endif thread_info_cache_init(); cred_init(); fork_init(totalram_pages); proc_caches_init(); //初始化文件系统的缓冲区 buffer_init(); //初始化内核密钥管理系统 key_init(); //初始化内核安全管理框架 security_init(); dbg_late_init(); vfs_caches_init(totalram_pages); signals_init(); /* rootfs populating might need page-writeback */ page_writeback_init(); proc_root_init(); cgroup_init(); cpuset_init(); taskstats_init_early(); delayacct_init(); check_bugs(); sfi_init_late(); if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES)) { efi_late_init(); efi_free_boot_services(); } ftrace_init(); rest_init();//剩余的初始化 }首先关注start_kernel()里面第二句。
set_task_stack_end_magic(&init_task);init_task在文件linux-3.18.6/init/init_task.c中定义如下：
struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task);实际上这里task_struct手工实现了一个PCB的功能，产生了最初的进程，也就是0号进程。 而INIT_TASK宏在linux/init_task.h头文件里，这里表明了，INIT_TASK的使命就是产生0号进程。 这个struct完整包含了进程所有的信息，特殊就在于这个手工创建的进程PID设为0。
再来看rest_init函数。 里面有kernel_thread这样一个函数。
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);其中kernel_thread()的源码在文件linux-3.18.6/kernel/fork.c中定义是这样的：
pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags) { return do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED, (unsigned long)fn, (unsigned long)arg, NULL, NULL); }它的功能是调用fork产生新进程运行kernel_init。
而kernel_init()函数的定义在文件linux-3.18.6/init/main.c中定义，如下：
//创建的内核线程运行本函数，在本函数里面启动run_init_process static int __ref kernel_init(void *unused) { int ret; kernel_init_freeable(); async_synchronize_full(); free_initmem(); mark_rodata_ro(); system_state = SYSTEM_RUNNING; numa_default_policy(); flush_delayed_fput(); if (ramdisk_execute_command) { //启动run_init_process ret = run_init_process(ramdisk_execute_command); if (!ret) return 0; pr_err("Failed to execute %s (error %d)\n", ramdisk_execute_command, ret); } if (execute_command) { ret = run_init_process(execute_command); if (!ret) return 0; pr_err("Failed to execute %s (error %d). Attempting defaults...\n", execute_command, ret); } /*try_to_run_init_process()通过嵌入汇编构造一个 类似用户态代码一样的sys_execve()调用，其参数就是 要执行的可执行文件名。 */ /*这里是内核初始化结束并开始用户态初始化的阴阳界 */ if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") || !try_to_run_init_process("/etc/init") || !try_to_run_init_process("/bin/init") || !try_to_run_init_process("/bin/sh")) return 0; panic("No working init found. Try passing init= option to kernel. " "See Linux Documentation/init.txt for guidance."); }我们可以很清晰地看到函数最后在调用execute命令执行硬盘上的init程序，此时便是1号进程产生的时候，内核态走向了用户态。
这是rest_init函数，创建了两个进程kernel_init和kthreadd。最后最后cpu_stargup_entry。
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);定义如下：
void cpu_startup_entry(enum cpuhp_state state) { #ifdef CONFIG_X86 boot_init_stack_canary(); #endif arch_cpu_idle_prepare(); cpu_idle_loop(); }最后的cpu_idle_loop()是一个无限循环，0号进程在启动1号进程和其他工作以后，就成为idle这个无限循环，在内核态中空转。
整个过程尤其是0号进程和1号进程还有idle进程是怎么来的，到这里基本清楚了。简单总结一下，start_kernel是汇编代码运行后，对系统环境初始化的开始，0号进程是启动时较早人为建立的，然后0号进程fork产生了第一个用户态进程1号进程，1号进程载入磁盘上的init程序，生成了系统所需的所有进程，然后0号进程就转变为idle进程，在系统中空转。
道生一（start_kernel....cpu_idle），一生二（kernel_init和kthreadd），二生三（即前面0、1和2三个进程），三生万物（1号进程是所有用户态进程的祖先，2号进程是所有内核线程的祖先），新内核的核心代码已经优化的相当干净，都符合中国传统文化精神了。经过更多学习，idle进程不是只有一个，在SMP多处理器机上，主处理器的idle进程是由最初的0号转变而来，从处理器的idle是由主处理器fork产生，PID皆为0，每个处理器的idle在机器空闲时空转，参与调度功能。
Jin Youzhi原创作品 转载请注明出处《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
