2019.md · 孟宁/linuxkernel

# 2019年 Linux操作系统分析

### [与Linux的第一次亲密接触](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/1与Linux的第一次亲密接触.pdf)

* Linux发展简史与黑客文化 
* 安装Linux系统, 以Ubuntu虚拟机为例
* 购买Linux云主机，以阿里云主机为例
* Linux目录结构及常用命令
* 实验：安装Linux虚拟机环境，配置网络及共享文件

### 计算机和操作系统的工作原理

* [HowtheComputerWorks.pdf](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/HowtheComputerWorks.pdf)
   * 实验：汇编语言练习
* [FoundationsForHackingLinux.pdf](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/FoundationsForHackingLinux.pdf)
   * 实验：嵌入式汇编练习
* 实验：基于[mykernel](https://github.com/mengning/mykernel)完成多进程的简单内核
   * 实验要求：
       * 完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码，参考代码见mykernel版本库。
       * 详细分析该精简内核的源代码并给出实验截图，撰写一篇博客（署真实姓名或学号最后3位编号），并在博客文章中注明“原创作品转载请注明出处 + https://github.com/mengning/linuxkernel/ ”，博客内容的具体要求如下：
       * 题目自拟，内容围绕操作系统是如何工作的进行；
       * 博客中需要使用实验截图
       * 博客内容中需要仔细分析进程的启动和进程的切换机制
       * 总结部分需要阐明自己对“操作系统是如何工作的”理解。
       * 博客URL提交到https://github.com/mengning/linuxkernel/issues/2 截止日期3月12日24:00
   * 贡献：将[mykernel](https://github.com/mengning/mykernel)升级到[内核linux-5.0.tar.xz](https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.0.tar.xz)，并提交pull request被采纳

### Linux操作系统的构造

* [Linux内核5.0 source code](https://github.com/mengning/linux/tree/v5.0)
* [Build a Linux system](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/BuildAndRunLinuxSystem.pdf), 参考[MenuOS](https://www.shiyanlou.com/courses/195)
* [Linux内核的启动过程](https://github.com/mengning/linux/blob/v5.0/init/main.c#L537), [跟踪分析Linux内核的启动过程](https://www.shiyanlou.com/courses/195/labs/725/document)

### [系统调用](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/SystemCall.pdf)

* glibc提供的系统调用函数API
* int 0x80、系统调用号及参数传递过程
* 保护现场与恢复现场
* 系统调用内核处理函数
* 使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用
* 分析system_call中断处理过程
* 实验：举例跟踪分析Linux内核5.0系统调用处理过程
   * 编译内核5.0
   * qemu -kernel linux-5.0.1/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img
   * 选择系统调用号后两位与您的学号后两位相同的系统调用进行跟踪分析
   * https://github.com/mengning/menu
   * 给出相关关键源代码及实验截图，撰写一篇博客（署真实姓名或学号最后3位编号），并在博客文章中注明“原创作品转载请注明出处 + https://github.com/mengning/linuxkernel/ ”，博客内容的具体要求如下：
       * 题目自拟，内容围绕系统调用进行；
       * 博客中需要使用实验截图
       * 博客内容中需要仔细分析系统调用、保护现场与恢复现场、系统调用号及参数传递过程
       * 总结部分需要阐明自己对系统调用工作机制的理解。
       * 博客URL提交到https://github.com/mengning/linuxkernel/issues/10 截止日期3月19日24:00

### 进程和程序

* [ProgramExecute-SystemCall](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/ProgramExecute-SystemCall.pdf)
* [ProgramAndProcess](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/ProgramAndProcess.pdf)
* [ProcessSwitching](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/ProcessSwitching.pdf)
* [LinuxArchitectureAndSystemExecution](https://github.com/mengning/linuxkernel/raw/master/ppt-old/LinuxArchitectureAndSystemExecution.pdf)
* 实验：从整理上理解进程创建、可执行文件的加载和进程执行进程切换，重点理解分析fork、execve和进程切换
   * 阅读理解task_struct数据结构http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/include/linux/sched.h#1235；
   * 分析fork函数对应的内核处理过程do_fork，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构；
   * 使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数do_fork ，验证您对Linux系统创建一个新进程的理解,特别关注新进程是从哪里开始执行的？为什么从那里能顺利执行下去？即执行起点与内核堆栈如何保证一致。
   * 理解编译链接的过程和ELF可执行文件格式；
   * 编程使用exec*库函数加载一个可执行文件，动态链接分为可执行程序装载时动态链接和运行时动态链接；
   * 使用gdb跟踪分析一个execve系统调用内核处理函数do_execve ，验证您对Linux系统加载可执行程序所需处理过程的理解；
   * 特别关注新的可执行程序是从哪里开始执行的？为什么execve系统调用返回后新的可执行程序能顺利执行？对于静态链接的可执行程序和动态链接的可执行程序execve系统调用返回时会有什么不同？
   * 理解Linux系统中进程调度的时机，可以在内核代码中搜索schedule()函数，看都是哪里调用了schedule()，判断我们课程内容中的总结是否准确；
   * 使用gdb跟踪分析一个schedule()函数 ，验证您对Linux系统进程调度与进程切换过程的理解；
   * 特别关注并仔细分析switch_to中的汇编代码，理解进程上下文的切换机制，以及与中断上下文切换的关系；
   * 撰写一篇博客（署真实姓名或学号最后3位编号），并在博客文章中注明“原创作品转载请注明出处 + https://github.com/mengning/linuxkernel/ ”，博客内容的具体要求如下：
       * 题目自拟，内容围绕Linux系统的执行过程进行；
       * 博客中需要使用实验截图
       * 博客内容中需要仔细分进程创建、可执行文件的加载和进程执行进程切换
       * 总结部分需要阐明自己对Linux系统的执行过程的理解。
       * 博客URL提交到https://github.com/mengning/linuxkernel/issues/32 截止日期3月26日24:00

# 参考资料

* [《庖丁解牛Linux内核分析》](https://j.youzan.com/fky7z9) , 3.x
* [《奔跑吧 Linux内核 入门篇》](https://j.youzan.com/XXI7z9)
* [《奔跑吧 Linux内核 操作系统》](https://j.youzan.com/Ri67z9) , 4.x
* [《深入理解Linux内核》](https://book.douban.com/subject/2287506/), 2.6

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