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huang.wang
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发表于: IP:您无权察看 2018-8-9 11:43:30 | [全部帖] [楼主帖] 楼主


本文转自CSDN cc243494926原创博客


本文以Linux3.14版本源码为例分析其启动流程。各版本启动代码略有不同,但核心流程与思想万变不离其宗。

内核映像被加载到内存并获得控制权之后,内核启动流程开始。通常,内核映像以压缩形式存储,并不是一个可以执行的内核。因此,内核阶段的首要工作是自解压内核映像。

内核编译生成vmliunx后,通常会对其进行压缩,得到zImage(小内核,小于512KB)或bzImage(大内核,大于512KB)。在它们的头部嵌有解压缩程序。

通过linux/arch/arm/boot/compressed目录下的Makefile寻找到vmlinux文件的链接脚本(vmlinux.lds),从中查找系统启动入口函数。

$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o \
   $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) $(ashldi3) \
   $(bswapsdi2) FORCE
   @$(check_for_multiple_zreladdr)
   $(call if_changed,ld)
   @$(check_for_bad_syms)

vmlinux.lds(linux/arch/arm/kernel/vmlinux.lds)链接脚本开头内容

OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(stext)
jiffies = jiffies_64;
SECTIONS
{



得到内核入口函数为 stext(linux/arch/arm/kernel/head.S)


内核引导阶段

ENTRY(stext)



bl__lookup_processor_type@ r5=procinfo r9=cpuid                             //处理器是否支持
movsr10, r5@ invalid processor (r5=0)?
 THUMB( iteq )@ force fixup-able long branch encoding
beq__error_p@ yes, error 'p'                           //不支持则打印错误信息
          。


bl__create_page_tables                                                       //创建页表

ldrr13, =__mmap_switched@ address to jump to after                 //保存MMU使能后跳转地址
@ mmu has been enabled
adrlr, BSYM(1f)@ return (PIC) address
movr8, r4@ set TTBR1 to swapper_pg_dir
 ARM(addpc, r10, #PROCINFO_INITFUNC)
 THUMB(addr12, r10, #PROCINFO_INITFUNC)
 THUMB(movpc, r12)
1:b__enable_mmu                        //使能MMU后跳转到__mmap_switched

查找标签__mmap_switched所在位置:/linux/arch/arm/kernel/head-common.S

__mmap_switched:

//保存设备信息、设备树及启动参数存储地址



b      start_kernel


内核初始化阶段

从start_kernel函数开始,内核进入C语言部分,完成内核的大部分初始化工作。

函数所在位置:/linux/init/Main.c

start_kernel涉及大量初始化工作,只例举重要的初始化工作。

asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
……                                                                              //类型判断
smp_setup_processor_id();                                                         //smp相关,返回启动CPU号
……
local_irq_disable();                                                                   //关闭当前CPU中断
early_boot_irqs_disabled = true;

boot_cpu_init();
page_address_init();                                                            //初始化页地址
pr_notice("%s", linux_banner);                                                   //显示内核版本信息
setup_arch(&command_line);
mm_init_owner(&init_mm, &init_task);
mm_init_cpumask(&init_mm);
setup_command_line(command_line);
setup_nr_cpu_ids();
setup_per_cpu_areas();
smp_prepare_boot_cpu();
build_all_zonelists(NULL, NULL);
page_alloc_init();                                                                            //页内存申请初始化
pr_notice("Kernel command line: %s\n", boot_command_line);                                     //打印内核启动命令行参数
parse_early_param();
parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,
   __stop___param - __start___param,
   -1, -1, &unknown_bootoption);
……

sched_init();                                                                                    //进程调度器初始化

preempt_disable();                                                                                    //禁止内核抢占
if (WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))
local_irq_disable();                                                                      //检查关闭CPU中断
         
idr_init_cache();
rcu_init();
tick_nohz_init();
context_tracking_init();
radix_tree_init();

early_irq_init();
init_IRQ();
tick_init();
init_timers();
hrtimers_init();
softirq_init();
timekeeping_init();
time_init();
sched_clock_postinit();
perf_event_init();
profile_init();
call_function_init();
WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled early\n");
early_boot_irqs_disabled = false;
local_irq_enable();                                                                            //本地中断可以使用了
kmem_cache_init_late();

console_init();                                                                            //初始化控制台,可以使用printk了
if (panic_later)
panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later,
      panic_param);
lockdep_info();

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 (0x%08lx < 0x%08lx) - 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

init_espfix_bsp();
#endif
thread_info_cache_init();
cred_init();
fork_init(totalram_pages);                                                             //初始化fork
proc_caches_init();
buffer_init();
key_init();
security_init();
dbg_late_init();
vfs_caches_init(totalram_pages);                                                      //虚拟文件系统初始化
signals_init();

page_writeback_init();
#ifdef CONFIG_PROC_FS
proc_root_init();
#endif
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();
}

函数最后调用rest_init()函数


static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
int pid;
rcu_scheduler_starting();

kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);                             //创建kernel_init进程
numa_default_policy();
pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
rcu_read_lock();
kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
rcu_read_unlock();
complete(&kthreadd_done);

init_idle_bootup_task(current);
schedule_preempt_disabled();

//cpu_idle就是在系统闲置时用来降低电力的使用和减少热的产生的空转函数,函数至此不再返回,其余工作从kernel_init进程处发起
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

kernel_init函数将完成设备驱动程序的初始化,并调用init_post函数启动用户进程

部分书籍介绍的内核启动流程基于经典的2.6版本,kernel_init函数还会调用init_post函数专门负责_init进程的启动,现版本已经被整合到了一起。

static int __ref kernel_init(void *unused)
{
int ret;
kernel_init_freeable();                 //该函数中完成smp开启  驱动初始化 共享内存初始化等工作

async_synchronize_full();
free_initmem();                         //初始化尾声,清除内存无用数据
mark_rodata_ro();
system_state = SYSTEM_RUNNING;
numa_default_policy();
flush_delayed_fput();
if (ramdisk_execute_command) {
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);
}
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.");
}

到此,内核初始化已经接近尾声,所有的初始化函数都已经调用,因此free_initmem函数可以舍弃内存的__init_begin至__init_end之间的数据。

当内核被引导并进行初始化后,内核启动了自己的第一个用户空间应用程序_init,这是调用的第一个使用标准C库编译的程序,其进程编号时钟为1.

_init负责出发其他必须的进程,以使系统进入整体可用的状态。


以下为内核启动流程图:

20170315225401860.png


该贴被huang.wang编辑于2018-8-9 11:44:57


我超级酷,但是如果你回复我的话我可以不酷那么一小会儿。


——来自logo.png


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