Linux操作系统分析——课程总结报告

一、Linux系统的启动过程

1、POST开机自检
linux开机加电后，系统开始开机自检，该过程主要对计算机各种硬件设备进行检测，如CPU、内存、主板、硬盘、CMOS芯片等，如果出现致命故障则停机，并且由于初始化过程还没完成，所以不会出现任何提示信号；如果出现一般故障则会发出声音等提示信号，等待故障清除；若未出现故障，加电自检完成。

2、加载主引导目录（MBR)
开机自检完成后，CPU首先读取位于CMOS中的BIOS程序，按照BIOS中设定的启动次序（Boot Sequence)逐一查找可启动设备,找到可启动的设备后，去该设备的第一个扇区中读取MBR。 CPU将MBR读取至内存，运行GRUB(Boot Loader常用的有GRUB和LILO两种，现在常用的是GRUB），GRUB会把内核加载到内存去执行。

3、加载内核，初始化initrd
CPU将MBR读取至内存，运行GRUB(Boot Loader常用的有GRUB和LILO两种，现在常用的是GRUB），GRUB会把内核加载到内存去执行。

4、进行系统初始化
内核并加载进内存运行并以读写方式挂载完根文件系统后，执行第一个用户进程init，包括加载设备、初始化硬件、检查文件系统、设置系统运行级别等。

5、打印登录提示符
系统初始化完成后，init给出用户登录提示符（login）或者图形化登录界面，用户输入用户和密码登陆后，系统会为用户分配一个用户ID（uid）和组ID（gid），这两个ID是用户的身份标识，用于检测用户运行程序时的身份验证。登录成功后，整个系统启动流程运行完毕！

二、Linux系统的一般执行过程

系统启动后，用户可以通过图形化界面或终端窗口来和Linux交互，从而启动用户程序，在这一过程中，背后的Linux系统中主要涉及的操作为进行的执行和切换，其主要步骤如下（从进程x切换到进程y）：

正在运行的用户态进程X
发生中断（包括异常、系统调用等），CPU完成以下动作：
当前CPU上下文压入进程X的内核堆栈。
加载当前进程内核堆栈相关信息，跳转到中断处理程序，即中断执行路径的起点。
保存现场，此时完成了中断上下文切换，即从进程X的用户态到进程X的内核态。
中断处理过程中或中断返回前调用了schedule函数，其中的switch_to做了关键的进程上下文切换。将当前进程X的内核堆栈切换到进程调度算法选出来的next进程（本例假定为进程Y）的内核堆栈，并完并完成了进程上下文所需的EIP等寄存器状态切换。详细过程见前述内容。
执行进程y（y曾经也以相同的步骤被切换出去过）。
恢复现场，与（3）中保存现场相对应。注意这里是进程Y的中断处理过程，而（3）中保存现场是在进程X的中断处理过程，因为内核堆栈从进程X切换到进程Y了。
从Y进程的内核堆栈中弹出（2）中硬件完成的压栈内容。此时完成了中断上下文的切换，即从进程Y的内核态返回到进程Y的用户态。
继续运行用户态进程y。
具体的过程在另一篇博客 Linux操作系统分析Lab5：深入理解进程切换中已经进行分析，这里不再赘述。

三、从CPU和内存的角度看Linux系统的执行

（1）从CPU执行指令的角度

（2）从内存的角度来看

四.课程收获

该课程对我而言最大的收获主要分成两个部分。第一个最大的收获就是学习了很多关于linux的基本命令，比如文件夹的建立，在不同文件夹之间的转换，解压缩文件，压缩文件，并且在安装不同的linux内核时反复使用熟悉了这些命令。除此之外，由于我使用的是远程的云主机进行实验，所以在实验的过程中，我掌握了远程连接主机的方法。孟老师在教授我们这个课程时，让我们使用vscode来阅读linux源码，在这个过程中，我学习到了很多关于vscode使用的小技巧，以及基本的gdb调试方案。

两位老师在课上对Linux系统下函数执行过程中栈和寄存器的变化、系统的中断和异常、虚拟化技术等进行了深入的分析，使得我对Linux操作系统更加了解。

Linux操作系统本身是一个优秀且庞大的项目，通过本课程的学习，我学会了如何阅读和理解这样一个大型项目，如何正确的调试大型项目。另外，项目本身也有着优秀的源码，通过阅读源码，使得我学到了更多关于系统项目的编写规范和技巧。

学号：467