操作系统课程设计Linux内核升级实验报告.docx
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操作系统课程设计Linux内核升级实验报告
计算机科学与技术学院
操作系统课程设计报告
学号：
姓名：
指导老师：
指导老师评语：
签字：
课程设计成绩：
设计过程表现
设计报告质量
总分
目录：
1课程设计内容：
1.1安装Linux操作系统
1.2下载另一版本的内核进行内核编译
1.3把新编译好的内核和原来的内核用bootloader设置成可选的新旧内核启动开机
1.4分析内核代码中文件init/main.c，在对代码进行充分阅读的基础上，得到相应的框图
2安装Linux操作系统
2.1从内网ftp:
//s@172.16.37.223上下载所需资料：
VMware-workstation-6.5.1-126130.exe、vmware的序列号.txt、redhat9虚拟机原始文件.rar。
2.2安装“VMware-workstation”，并启动。
如图2.2
2.3解压“redhat9虚拟机原始文件.rar”，打开解压文件，双击“redhat.vmx”。
2.4此时linux安装完成，且启动。
用户名：
root密码：
123456.
3升级内核（从linux-2.4.20-8到linux-2.6.18）
3.1在因特网上下载内核以及其他5个工具。
下载linux-2.6.18.tar.bz2
下载mkinitrd-4.1.18-2.i386.rpm
下载lvm2-2.00.25-1.01.i386.rpm
下载device-mapper-1.00.19-2.i386.rpm
下载module-init-tools-3.2.tar.bz2
下载binutils-2.17.tar.gz
3.2把下载好的6个文件装入同一个文件夹（如：
linux-tools），复制到u盘。
如图3.2：
3.3把鼠标移动到linux下，插入U盘。
新建终端，输入以下命令：
#fidisk–f（查看所有硬盘和u盘，找到u盘的挂载名，如/dev/sdb1）
#mount/dev/sdb1/mnt
#cd/mnt
#ls（查看mnt目录下的文件，并把需要的6个文件拷贝到/usr/src中）
#cpbinutils-2.17.tar.gz/usr/src
#cpdevice-mapper-1.00.19-2.i386.rpm/usr/src
#cplinux-2.6.18.tar.bz2/usr/src
#cplvm2-2.00.25-1.01.i386.rpm/usr/src
#cpmkinitrd-4.1.18-2.i386.rpm/usr/src
#cpmodule-init-tools-3.2.tar.bz2/usr/src
3.4查看自己内核版本。
#uname–a（我的是linux-2.4.20-8）
3.5在linux安装6个文件
解压内核，具体操作请依次执行以下命令：
#cd/usr/src（进入到/usr/src目录）
#tarjvxflinux-2.6.18.tar.bz2（解压新内核）
#ln-slinux-2.6.18linux（重新生成linux文件夹）
安装module-init-tools工具包
在/usr/src目录下，依次执行下列命令：
#tarjvxfmodule-init-tools-3.2.tar.bz2（解压module-init-tools）
#cdmodule-init-tools-3.2（由/usr/src目录进入module-init-tools目录下）
#./configure--prefix=/
#makemoveold（将原来的工具程序改名，这样还可继续使用原来的2.4.x内核）
#makeallinstall
#./generate-modprobe.conf/etc/modprobe.conf
安装另外三个升级工具
回到/usr/src目录下，依次执行下列3个命令来安装另外三个升级工具：
#rpm-ivh--nodepsmkinitrd-4.1.18-2.i386.rpm（注意，这里一定要加入--nodeps参数，下同）
#rpm-ivh--nodepslvm2-2.00.25-1.01.i386.rpm
#rpm-ivh--nodepsdevice-mapper-1.00.19-2.i386.rpm
如果不更新以上几个升级包，在后面编译内核时会提示以下错误：
mkinitrdfailed
make[1]:
***[install]Error1
make:
***[install]Error2
安装binutils-2.17.tar.gz工具包，依次执行如下命令：
#tarzxfbinutils-2.17.tar.gz
#cdbinutils-2.17
#./configure
#make
#makeinstall
最开始的时候我没有装Binutils开发包因此都会出现错误，如下类似：
LoadingBusLogic.omodule
Nomodulefoundinobject
insmod:
errorinserting'/lib/BusLogic.o':
-1Invalidmoduleformat
ERROR:
/bin/insomdexitedabnormally!
Mounting/procfilesystem
Creatingblockdevices
VFS:
Cannotopenrootdevice"LABEL=/dev/sda2"orunknown-block（0,0）
Pleaseappendacorrect"root="bootoption
Kernelpanic-notsyncing:
VFS:
Unabletomountrootfsonunknown-block（0,0）
3.6配置内核选项。
#cdlinux-2.6.18（进入到/usr/src/linux-2.6.18目录下）
#makemrproper（该命令可确保源代码目录下没有不正确的.o文件）
#makemenuconfig（配置内核各选项）
此时会出现一个图形界面，列出了所有的内核配置选项，有的选项下还有子选项，你可以用方向键来选择，用Y键来确定。
大多数选项默认就行，以下几个选项必须选择（请认真核对下面每一个选项，否则编译很有可能前功尽弃）：
（注意：
前面的符号可能不用有M等等，这里提及的要全部选成*，除非无法转化成*，则保留原来的格式，但是一定要选中）
LoadableModulesupport选项中，选“Moduleunloading”和“Automatickernelmoduleloading”这两项；
DeviceDrivers--->BlockDevices中选“Loopbackdevicesupport”；
DeviceDrivers--->Multi-devicesupport（RAIDandLVM）”处选“devicemappersupport”；
DeviceDrivers--->Graphicssupport”,选“Supportforframebufferdevices”；
DeviceDrivers--->;USBsupport--->选上”USBMassStoragesupport”
DeviceDrivers--->;Networkdevicesupport--->;Ethernet（10or100Mbit）--->;<*>;AMDPCnet32PCIsupport
由于在VMware虚拟机下编译内核，SCSI硬盘，因此以下三个选项必选：
“DeviceDrivers”→“SCSIdevicesupport”→“SCSIdevicesupport”；
“DeviceDrivers”→“SCSIdevicesupport”→“SCSIdisksupport”；
“DeviceDrivers”→“SCSIdevicesupport”→“SCSIlow-leveldrivers”→“BusLogicSCSIsupport”；
Filesystem--->（以下9个选项是关于ext2和ext3文件系统配置，全部选上）
Secondextendedfssupport
Ext2extendedattributes
Ext2POSIXAccessControlLists
Ext2SecurityLabels
Ext3journallingfilesystemsupport
Ext3extendedattributes
Ext3POSIXAccessControlLists
Ext3SecurityLabels
JBD（ext3）debuggingsupport
Filesystem--->DOS/FAT/NTFilesystems--->选上“NTFSfilesystemsupport”；
FileSystems-->Miscellaneousfilesystems---><*>CompressedROMfilesystemsupport（cramfs）
注意：
由于RedHat9.0使用ext3作为文件系统，ext2和ext3文件系统配置很重要，也是必需的，如果对Ext3、Ext2文件的支持直接编译进内核，在你reboot时机器就会当掉，出现如下错误信息：
kernelpanic:
noinitfound,trypassinginit=optiontokernel.....
或者是：
VFS:
Cannotopenrootdevice"hdxy"orunknow-block（0,0）
Pleaseappendacorrect"root="bootoption
kernelpanic:
VFS:
Unabletomountrootfsonunknown-block（0,0）
或者是：
mount:
error19mountingext3
pivotroot:
pivot_root（/sysroot,/sysroot/initrd）failed:
2
umount/initrd/procfail:
2
Freeingunusedkernelmemory:
244kfreed
Kernelpanic–notsyncing:
Noinitfound.Trypassinginit=optiontokernel
3.7编译内核
设置完成！
开始进行真正的内核编译工作。
依次执行如下命令：
在/usr/src/linux-2.6.18目录下，执行以下命令即可编译。
编译需要一段时间。
#makedep（建立编译时所需的从属文件。
注意：
如果内核从未编译过，此步可跳过）
#makeclean（清除内核编译的目标文件）
#makebzImage（注意大小写。
这一步才真正编译内核）（比较费时间）
内核编译成功后，会在/usr/src/linux/arch/i386/boot目录中生成一个新内核的映像文件bzImage。
如果用makezImage编译，内核很大的话，系统会提示你使用makebzImage命令来编译，所以我直接用makebzImage来编译。
在root目录下输入：
/usr/src/linux/arch/i386/boot命令查看有没有bzImage文件，有说明你安装正确。
#cd/usr/src/linux（将目录切换到/usr/src/linux下执行以下命令）
#makemodules（编译可加载模块）（比较花时间）
#makemodules_install（安装可加载模块）
安装成功后，系统会在/lib/modules目录下生成一个2.6.18子目录，里面存放着新内核的所有可加载模块。
#cp/usr/src/linux-2.6.18/drivers/scsi/BusLogic.o/lib/modules/2.6.18/kernel/drivers/scsi
如果不执行上一步复制操作，在makeinstall时会出现如下错误信息：
NomoduleBusLogicfoundforkernel2.4.12
mkinitrdfailed
此问题一般只出现在SCSI硬盘＋VMWARE+REDHAT架构中，因为BusLogic被编译进了内核而不是一个module的形式（2.4内核的Buslogic模块即使静态编译进内核也不行）。
其解决方式就是直接将BusLogic.o文件复制过去。
#makeinstall（安装新内核）
3.8把新编译好的内核和原来的内核用bootloader设置成可选的新旧内核启动开机
将新内核和System.map文件拷贝到/boot目录下，依次执行以下命令：
在root下可执行下面这些命令
#cp/usr/src/linux-2.6.18/arch/i386/boot/bzImage/boot/vmlinuz-2.6.18
#cp/usr/src/linux-2.6.18/System.map/boot/System.map-2.6.18
#cd/boot（进入boot目录）
#rm–rfSystem.map（删除原来的连接）
#ln-sSystem.map-2.6.18System.map（重新建立连接）
修改Grub启动管理器（把新编译好的内核和原来的内核用bootloader设置成可选的新旧内核启动开机）
如果没有错误的话,下面开始修改grub配置文件
在/boot目录下cd/boot，执行以下命令：
#new-kernel-pkg--mkinitrd--depmod--install2.6.18（这时候你的/boot下生成一个initrd-2.6.18.img，并且你的grub.conf也作了相应更改）
#df（查看根目录在那个分区，下一步要用到。
注意，这里根分区不是boot的那个50M的分区，而一般是你最大的那个分区，也就是”/”，千万不要搞错。
我的为/dev/sda2）
如果你是在root目录下：
#vi/boot/grub/grub.conf （如果不在root目录下,要进入到root目录下执行此命令）
进入grub.conf文件，做两处修改：
将default=1改为default=0（不改的话，重启之后默认进入2.4内核）
将kernel行的“LABEL=/dev/sda2”换成根目录所在的分区（上一步查看的就是）
此步很重要，修改错误将会可能导致进不去系统，我把我修改后的grub.conf文件列出来，不明之处，可以对照修改：
default=0
timeout=10
splashimage=（hd0,0）/grub/splash.xpm.gz
titleRedHatLinux（2.6.18）
root（hd0,0）
kernel/vmlinuz-2.6.18roroot=/dev/sda2
initrd/initrd-2.6.18.img
titleRedHatLinux（2.4.20-8）
root（hd0,0）
kernel/vmlinuz-2.4.20-8roroot=LABEL=/
initrd/initrd-2.4.20-8.img
按“Esc”之后再按“：
wq”退出编辑并保存。
3.9重新启动linux，此时你会看到内核进入选项。
选择自己更新的内核版本进入系统，并查看内核版本。
#uname–a
4分析内核代码中文件init/main.c，并建立相应框图
4.1找到init/main.c代码并阅读
#vi/usr/src/linux/init/main.c
4.2系统初始化过程流程
系统整个初始化过程见图4.2所示：
图4.2内核初始化程序流程示意图
数据结构
时间结构：
#defineCLOCKS_PER_SEC100/*系统时钟滴答频率，100HZ*/
typedeflongclock_t;/*从进程开始系统经过的时钟滴答数*/
structtm
{
inttm_sec;/*秒数[0，59]*/
inttm_min;/*分钟数[0，59]*/
inttm_hour;/*小时数[0，59]*/
inttm_mday;/*1个月的天数[0，31]*/
inttm_mon;/*1年中月份[0，11]*/
inttm_year;/*从1900年开始的年数*/
inttm_wday;/*1星期中的某天[0，6]（星期天=0）*/
inttm_yday;/*1年中的某天[0，365]*/
inttm_isdst;/*夏令时标志*/
};
存放硬盘参数表信息：
structdrive_info
{
chardummy[32];
}drive_info;/*用于存放硬盘参数表信息*/
tty等待队列数据结构和tty数据结构：
structtty_queue
{
unsignedlongdata;/*等待队列缓冲区中当前数据指针字符数*/
unsignedlonghead;/*缓冲区中数据头指针*/
unsignedlongtail;/*缓冲区中数据尾指针*/
structtask_struct*proc_list;/*等待进程列表*/
charbuf[TTY_BUF_SIZE];/*队列的缓冲区*/
};
structtty_struct /*tty数据结构*/
{
structtermiostermios;/*终端io属性和控制字符数据结构*/
intpgrp;/*所属进程组*/
intstopped;/*停止标志*/
void（*write）（structtty_struct*tty）;/*tty写函数指针*/
structtty_queueread_q;/*tty读队列*/
structtty_queuewrite_q;/*tty写队列*/
structtty_queuesecondary;/*tty辅助队列（存放规范模式字符序列）*/
};/*可称为规范（熟）模式队列*/
请求队列中项的结构和块设备结构：
structrequest
/*请求队列中项的结构。
其中如果dev=-1，则表示该项没有被使用*/
{
intdev;/*使用的设备号*/
intcmd;/*命令（READ或WRITE）*/
interrors;/*操作时产生的错误次数*/
unsignedlongsector;/*起始扇区（1块=2扇区）*/
unsignedlongnr_sectors;/*读/写扇区数*/
char*buffer;/*数据缓冲区*/
structtask_struct*waiting;/*任务等待操作执行完成的地方*/
structbuffer_head*bh;/*缓冲区头指针（include/Linux/fs.h,68）*/
structrequest*next;/*指向下一请求项*/
};
structblk_dev_struct /*块设备结构*/
{void（*request_fn）（void）;/*请求操作的函数指针*/
structrequest*current_request;/*请求信息结构*/
};
4.3常量和出错信息的意义
定义系统调用嵌入式汇编宏函数。
不带参数的系统调用宏函数。
typename（void）。
%0-eax（__res），%1-eax（__NR_##name）。
其中name是系统调用的名称，与__NR_组合形成上面的系统调用符号常数，从而用来对系统调用表中函数指针寻址。
返回：
如果返回值大于等于0，则返回该值，否则置出错号errno，并返回-1。
#define_syscall0（type,name）
typename（void）
{
long__res;
__asm__volatile（"int$0x80"\ /*调用系统中断0x80*/
:
"=a"（__res）\/*返回值eax（__res）*/
:
""（__NR_
##name））;\/*输入为系统中断调用号__NR_name*/
if（__res>=0）\/*如果返回值>=0，则直接返回该值*/
return（type）__res;errno=-__res;\/*否则置出错号，并返回-1*/
return-1;}
/*有1个参数的系统调用宏函数。
typename（atypea）*/
/*%0-eax（__res），%1-eax（__NR_name），%2-ebx（a）*/
#define_syscall1（type,name,atype,a）\
typename（atypea）
{
long__res;
__asm__volatile（"int$0x80":
"=a"（__res）:
""（__NR_##name）,"b"（（long）（a）））;
if（__res>=0）
return（type）__res;
errno=-__res;
return-1;}
externinterrno;/*出错号，全局变量*/
staticinline_syscall0（int,fork）
/*这是unistd.h中的内嵌宏代码。
以嵌入汇编的形式调用Linux的系统调用中断0x80。
该中断是所有系统调用的入口。
该条语句实际上是intfork（）创建进程系统调用。
syscall0名称中最后的0表示无参数，1表示1个参数*/
staticinline_syscall0（int,pause）
/*intpause（）系统调用：
暂停进程的执行，直到收到一个信号*/
staticinline_syscall1（int,setup,void*,BIOS）
/*intsetup（
升级会员 