linux学习2，五分钟学会调试内核，让操作系统打印自己的名字

上一节粗略的介绍了如何下载和编译 linux 内核，可只是编译出内核没什么意思，能不能让它跑起来呢？当然可以，本节的内容就是让 linux 内核跑起来，并且在系统启动时，打印出我们的名字。

qemu 模拟器

打算让“linux内核跑起来”，在什么地方跑呢？如果手边有闲置的电脑，那当然好。可是我只有一台电脑，也不想花钱买开发板，有没有办法让“linux内核跑起来”呢？当然有办法了，使用模拟器就好了。本节打算介绍的是 qemu 模拟器，它是纯软件实现的虚拟化模拟器，几乎可以模拟任何硬件设备，我们最熟悉的就是能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机，虚拟机认为自己和硬件打交道，但其实是和 qemu 模拟出来的硬件打交道，qemu 将这些指令转译给真正的硬件。正因为 qemu 是纯软件实现的，所有的指令都要经 qemu 过一手，性能会比较低，不过这个无所谓了，我们只是想用它来调试内核，并不是用来做复杂工作的。

在 ubuntu 上安装 qemu 是方便的，只需执行下面这条命令就可以了。

sudo apt-get install qemu

输入完上面的命令，按 tab 键，可以看到以下结果：

有很多种架构的模拟器，例如 qemu-system-x86 可以用来模拟 x86 架构的主机，qemu-system-arm 可以用来模拟 arm 架构的主机等等。如果不在乎存储空间，可以全部安装。也可以只安装一种架构的 qemu，我安装的是 x86 架构的：

sudo apt-get install qemu-system-x86

回车，待安装结束，输入以下命令

qemu-system-x86_64 --version

发现 qemu 输出版本信息，就说明 qemu 安装好了。

编译 linux 内核

上一节已经介绍如何下载和编译内核了，这里又编译一次是因为我们打算调试内核，因此有些配置项要勾选。而且，在这次编译过程中，我遇到了几个错误，这里再介绍下如果遇到错误，如何解决它。

头条不能留外链，如果有朋友不方便下载内核，可以在评论区留言，我可以把要用到的东西都发过去。

我们新建一个 kernel 目录，把下载好的内核 linux-2.6.26.tar.gz 放进去，然后依次执行以下命令

tar xf linux-2.6.26.tar.gz
cd linux-2.6.26
make x86_64_defconfig
make menuconfig

这几条命令依次是：解压内核源码，进入解压后的命令，按照 x86_64 的架构（因为我的 ubuntu 主机是 x86_64 位的，编写x86_64程序比较方便）默认配置内核，最后一条命令执行后，就会进入到图形配置界面，进入 Kernel hacking，选中下图中的配置，按空格勾选之：

然后就可以退出图形配置界面了，记得要保存修改后的配置：

勾选上图中配置项的目的，是希望在编译时能够保留 debug（调试）信息，方便我们后续的调试。配置完成后，就可以编译了：

make bzImage -j4

这几条命令上一节介绍的比较详细，不清楚的朋友可以再翻回去看看。

在我的 ubuntu 上，编译到这里就报错了：

提示在编译 vdso 时不识别 -m 命令，也找不到 elf_x86_64。于是去查看编译 vdso 的 Makefile：

vim arch/x86/vdso/Makefile

我们知道，编译时通常可以用 -m32 参数来说明是 32 位主机，-m64 参数用于说明是 64 位主机，这里提示找不到 elf_x86_64，我们直接将“-m elf_x86_64”修改为“-m64”试试。保存修改，继续执行 make bzImage 编译，发现不再报这个错误了。

可是，编译过程中，又报这个错误了：

提示 copy_user_generic_c 表达式的 size 不是常数，我们去源文件看看：

vim arch/x86/lib/copy_user_64.S

ENTRY和 END 不匹配，我们将之改匹配试试：将 copy_user_generic_c 改成 copy_user_generic_string，保存，继续执行 make bzImage 编译，发现不再报这个错误了。但是又继续报下面这个错误：

提示没有定义 “__mutex_lock_slowpath” 函数。这下没辙了，尝试搜索下这个函数：

grep -r __mutex_lock_slowpath

还真搜到了，我们进源码看看：

vim kernel/mutex.c

发现明明定义了这个函数，怎么还会提示没定义呢？猜测可能是 CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC 宏定义搞的鬼：

我们查看以下 .config 配置文件：

vim .config

发现这个宏没有被定义，解注释，改为

CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC=y

保存修改，继续编译终于不再报错了，稍后片刻，发现终于成功了：

使用 qemu 模拟运行编译出的 linux 内核

方法是简单的，只需执行以下命令即可

qemu-system-x86_64 \
-m 512M \       # 模拟内存 512M
-smp 1 \        # 模拟器有 1 个核的 cpu
-kernel arch/x86_64/boot/bzImage\       #内核位置
- curses        # 使用 curse 图形库

linux 内核的确跑起来了，但是却引发了一个“kernel panic”（内核恐慌），内核发现找不到文件系统，慌得一批。

内核虽然很恐慌，但是我们依然可以修改内核源码，让它在恐慌之前打印出我们的名字，怎么做呢？请继续看：

事实上，一般 C 语言程序都有一个入口函数（这个入口函数通常是 main 函数），linux 内核也有入口函数——start_kernel 函数，在内核源码树的 init/main.c 里。我们打开之，找到 start_kernel 函数，发现它其实就是初始化一些函数而已。我们在最后的几个函数前添加打印信息就好了，请看：

这里要注意的是，内核不能使用 printf 函数，不过内核提供的 printk 函数和 printf 函数的功能很相似。

保存修改后，我们再次编译内核，得到新的 bzImage 后，再使用 qemu 模拟运行 linux 内核：

发现内核打印出我们的名字 embed time（嵌入式时代）后，停在了这里，因为我们添加了 while(1) 死循环嘛。

到这里，其实我们就已经会修改 linux 内核源码了，修改操作系统源码也没有那么复杂，对不？至于如何让 linux 内核不再恐慌，就需要给它提供个文件系统了，怎样提供跟？限于篇幅，我们下一节再介绍。