在Linux移植之内核启动过程引导阶段分析中从arch/arm/kernel/head.S开始分析,最后分析到课start_kernel这个C函数,下面就简单分析下这个函数,因为涉及到Linux的内容较多,这里只是简单介绍下内核启动流程。先看一下内核启动的流程框图,截图来自《嵌入式Linux应用开发完全手册》。内核引导阶段已经分析过,接下来分析一下内核启动的第二阶段。
1、start_kernel函数全局概览
2、start_kernel函数调用层次
1、start_kernel函数全局概览,对start_kernel作一下粗略注释。
打开init\Main.c ,下面主要分析处理UBOOT传入的参数,其中r1是传入的第一个参数存放的地址,里面存放着机器类型ID,已经处理过了;r2是传入的第二个参数,它存放着tag列表数据的地址。先看一下整个start_kernel函数,以下程序参考自http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7366782.html
1 asmlinkage void __init start_kernel(void) 2 3 { 4 char * command_line; 5 extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[]; 6 7 smp_setup_processor_id(); //来设置smp process id,当然目前看到的代码里面这里是空的 8 9 unwind_init(); 10 11 //lockdep是linux内核的一个调试模块,用来检查内核互斥机制尤其是自旋锁潜在的死锁问题。 12 //自旋锁由于是查询方式等待,不释放处理器,比一般的互斥机制更容易死锁, 13 //故引入lockdep检查以下几种情况可能的死锁(lockdep将有专门的文章详细介绍,在此只是简单列举): 14 // 15 //·同一个进程递归地加锁同一把锁; 16 // 17 //·一把锁既在中断(或中断下半部)使能的情况下执行过加锁操作, 18 // 又在中断(或中断下半部)里执行过加锁操作。这样该锁有可能在锁定时由于中断发生又试图在同一处理器上加锁; 19 // 20 //·加锁后导致依赖图产生成闭环,这是典型的死锁现象。 21 lockdep_init(); 22 //关闭当前CUP中断 23 local_irq_disable(); 24 25 //修改标记early_boot_irqs_enabled; 26 //通过一个静态全局变量 early_boot_irqs_enabled来帮助我们调试代码, 27 //通过这个标记可以帮助我们知道是否在”early bootup code”,也可以通过这个标志警告是有无效的终端打开 28 early_boot_irqs_off(); 29 30 //每一个中断都有一个IRQ描述符(struct irq_desc)来进行描述。 31 //这个函数的主要作用是设置所有的 IRQ描述符(struct irq_desc)的锁是统一的锁, 32 //还是每一个IRQ描述符(struct irq_desc)都有一个小锁。 33 early_init_irq_lock_class(); 34 /* 35 36 * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then 37 * enable them 38 */ 39 // 大内核锁(BKL--Big Kernel Lock) 40 //大内核锁本质上也是自旋锁,但是它又不同于自旋锁,自旋锁是不可以递归获得锁的,因为那样会导致死锁。 41 //但大内核锁可以递归获得锁。大内核锁用于保护整个内核,而自旋锁用于保护非常特定的某一共享资源。 42 //进程保持大内核锁时可以发生调度,具体实现是: 43 //在执行schedule时,schedule将检查进程是否拥有大内核锁,如果有,它将被释放,以致于其它的进程能够获得该锁, 44 //而当轮到该进程运行时,再让它重新获得大内核锁。注意在保持自旋锁期间是不运行发生调度的。 45 //需要特别指出,整个内核只有一个大内核锁,其实不难理解,内核只有一个,而大内核锁是保护整个内核的,当然有且只有一个就足够了。 46 //还需要特别指出的是,大内核锁是历史遗留,内核中用的非常少,一般保持该锁的时间较长,因此不提倡使用它。 47 //从2.6.11内核起,大内核锁可以通过配置内核使其变得可抢占(自旋锁是不可抢占的),这时它实质上是一个互斥锁,使用信号量实现。 48 //大内核锁的API包括: 49 // 50 //void lock_kernel(void); 51 // 52 //该函数用于得到大内核锁。它可以递归调用而不会导致死锁。 53 // 54 //void unlock_kernel(void); 55 // 56 //该函数用于释放大内核锁。当然必须与lock_kernel配对使用,调用了多少次lock_kernel,就需要调用多少次unlock_kernel。 57 //大内核锁的API使用非常简单,按照以下方式使用就可以了: 58 //lock_kernel(); //对被保护的共享资源的访问 … unlock_kernel(); 59 //http://blog.csdn.net/universus/archive/2010/05/25/5623971.aspx 60 lock_kernel(); 61 62 //初始化time ticket,时钟 63 tick_init(); 64 65 //函数 tick_init() 很简单,调用 clockevents_register_notifier 函数向 clockevents_chain 通知链注册元素: 66 // tick_notifier。这个元素的回调函数指明了当时钟事件设备信息发生变化(例如新加入一个时钟事件设备等等)时, 67 //应该执行的操作,该回调函数为 tick_notify 68 //http://blogold.chinaunix.net/u3/97642/showart_2050200.html 69 boot_cpu_init(); 70 71 //初始化页地址,当然对于arm这里是个空函数 72 //http://book.chinaunix.net/special/ebook/PrenticeHall/PrenticeHallPTRTheLinuxKernelPrimer/0131181637/ch08lev1sec5.html 73 page_address_init(); 74 75 /*打印KER_NOTICE,这里的KER_NOTICE是字符串<5>*/ 76 printk(KERN_NOTICE); 77 78 /*打印以下linux版本信息: 79 “Linux version 2.6.22.6 (book@book-desktop) (gcc version 3.4.5) #1 Fri Jun 16 00:55:53 CST 2017” */ 80 printk(linux_banner); 81 82 //系结构相关的内核初始化过程,处理uboot传递进来的atag参数( setup_memory_tags()和setup_commandline _tags() ) 83 //http://www.cublog.cn/u3/94690/showart_2238008.html 84 setup_arch(&command_line); 85 86 //处理启动命令,这里就是设置的cmd_line, 87 //保存未改变的comand_line到字符数组static_command_line[] 中。 88 //保存 boot_command_line到字符数组saved_command_line[]中 89 setup_command_line(command_line); 90 91 unwind_setup(); 92 93 //如果没有定义CONFIG_SMP宏,则这个函数为空函数。 94 //如果定义了CONFIG_SMP宏,则这个setup_per_cpu_areas()函数给每个CPU分配内存, 95 //并拷贝.data.percpu段的数据。为系统中的每个CPU的per_cpu变量申请空间。 96 setup_per_cpu_areas(); 97 98 //定义在include/asm-x86/smp.h。 99 //如果是SMP环境,则设置boot CPU的一些数据。在引导过程中使用的CPU称为boot CPU 100 smp_prepare_boot_cpu(); 101 102 /* arch-specific boot-cpu hooks */ 103 /* 进程调度器初始化 */ 104 sched_init(); 105 106 /* 禁止内核抢占 */ 107 preempt_disable(); 108 109 //设置node 和 zone 数据结构 110 //内存管理的讲解:http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=361890&do=blog&cuid=2146541 111 build_all_zonelists(NULL); 112 113 //初始化page allocation相关结构 114 page_alloc_init(); 115 116 /* 打印Linux启动命令行参数 */ 117 printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s/n", boot_command_line); 118 119 //解析内核参数 120 //对内核参数的解析:http://hi.baidu.com/yuhuntero/blog/item/654a7411e45ce519b8127ba9.html 121 parse_early_param(); 122 parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param, 123 __stop___param - __start___param, 124 &unknown_bootoption); 125 126 /* 127 * These use large bootmem allocations and must precede 128 * kmem_cache_init() 129 */ 130 //初始化hash表,以便于从进程的PID获得对应的进程描述指针,按照实际的物理内存初始化pid hash表 131 //这里涉及到进程管理http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx 132 pidhash_init(); 133 134 //初始化VFS的两个重要数据结构dcache和inode的缓存。 135 //http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171324.aspx 136 vfs_caches_init_early(); 137 138 //把编译期间,kbuild设置的异常表,也就是__start___ex_table和__stop___ex_table之中的所有元素进行排序 139 sort_main_extable(); 140 141 //初始化中断向量表 142 //http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171325.aspx 143 trap_init(); 144 145 //memory map初始化 146 //http://blog.csdn.net/huyugv_830913/archive/2010/09/15/5886970.aspx 147 mm_init(); 148 149 /* 150 * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the 151 * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init() 152 * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler. 153 */ 154 //核心进程调度器初始化,调度器的初始化的优先级要高于任何中断的建立, 155 //并且初始化进程0,即idle进程,但是并没有设置idle进程的NEED_RESCHED标志, 156 //所以还会继续完成内核初始化剩下的事情。 157 //这里仅仅为进程调度程序的执行做准备。 158 //它所做的具体工作是调用init_bh函数(kernel/softirq.c)把timer,tqueue,immediate三个人物队列加入下半部分的数组 159 sched_init(); 160 161 /* 162 * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely 163 * fragile until we cpu_idle() for the first time. 164 */ 165 //抢占计数器加1 166 preempt_disable(); 167 168 //检查中断是否打开,如果已经打开,则关闭中断 169 if (!irqs_disabled()) { 170 printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were " 171 "enabled *very* early, fixing it/n"); 172 local_irq_disable(); 173 } 174 175 sort_main_extable(); 176 /* 177 * trap_init函数完成对系统保留中断向量(异常、非屏蔽中断以及系统调用) 178 * 的初始化,init_IRQ函数则完成其余中断向量的初始化 179 */ 180 trap_init(); 181 182 //Read-Copy-Update的初始化 183 //RCU机制是Linux2.6之后提供的一种数据一致性访问的机制, 184 //从RCU(read-copy-update)的名称上看,我们就能对他的实现机制有一个大概的了解, 185 //在修改数据的时候,首先需要读取数据,然后生成一个副本,对副本进行修改, 186 //修改完成之后再将老数据update成新的数据,此所谓RCU。 187 //http://blog.ednchina.com/tiloog/193361/message.aspx 188 //http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1341707.html 189 rcu_init(); 190 191 //初始化IRQ中断和终端描述符。 192 //初始化系统中支持的最大可能的中断描述结构struct irqdesc变量数组irq_desc[NR_IRQS], 193 //把每个结构变量irq_desc[n]都初始化为预先定义好的坏中断描述结构变量bad_irq_desc, 194 //并初始化该中断的链表表头成员结构变量pend 195 init_IRQ(); 196 197 /* 初始化hash表,便于从进程的PID获得对应的进程描述符指针 */ 198 pidhash_init(); 199 200 //初始化定时器Timer相关的数据结构 201 //http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html 202 init_timers(); 203 204 //对高精度时钟进行初始化 205 hrtimers_init(); 206 207 //软中断初始化 208 //http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_494363.html 209 softirq_init(); 210 211 //初始化时钟源 212 timekeeping_init(); 213 214 //初始化系统时间, 215 //检查系统定时器描述结构struct sys_timer全局变量system_timer是否为空, 216 //如果为空将其指向dummy_gettimeoffset()函数。 217 //http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html 218 time_init(); 219 220 //profile只是内核的一个调试性能的工具, 221 //这个可以通过menuconfig中的Instrumentation Support->profile打开。 222 //http://www.linuxdiyf.com/bbs//thread-71446-1-1.html 223 profile_init(); 224 225 /*if判断中断是否打开,如果已经打开,打印数据*/ 226 if (!irqs_disabled()) 227 printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were enabled early/n"); 228 229 //与开始的early_boot_irqs_off相对应 230 early_boot_irqs_on(); 231 232 //与local_irq_disbale相对应,开CPU中断 233 local_irq_enable(); 234 235 /* 236 * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before 237 * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of 238 * this. But we do want output early, in case something goes wrong. 239 */ 240 //初始化控制台以显示printk的内容,在此之前调用的printk,只是把数据存到缓冲区里, 241 //只有在这个函数调用后,才会在控制台打印出内容 242 //该函数执行后可调用printk()函数将log_buf中符合打印级别要求的系统信息打印到控制台上。 243 console_init(); 244 245 if (panic_later) 246 panic(panic_later, panic_param); 247 248 //如果定义了CONFIG_LOCKDEP宏,那么就打印锁依赖信息,否则什么也不做 249 lockdep_info(); 250 251 /* 252 * Need to run this when irqs are enabled, because it wants 253 * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs 254 * too: 255 */ 256 //如果定义CONFIG_DEBUG_LOCKING_API_SELFTESTS宏 257 //则locking_selftest()是一个空函数,否则执行锁自测 258 locking_selftest(); 259 260 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD 261 if (initrd_start && !initrd_below_start_ok && 262 page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) { 263 printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - " 264 "disabling it./n", 265 page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)), 266 min_low_pfn); 267 initrd_start = 0; 268 } 269 #endif 270 271 /* 虚拟文件系统的初始化 */ 272 vfs_caches_init_early(); 273 cpuset_init_early(); 274 mem_init(); 275 276 /* slab初始化 */ 277 kmem_cache_init(); 278 279 //是否是对SMP的支持,单核是否需要??这个要分析 280 setup_per_cpu_pageset(); 281 282 numa_policy_init(); 283 284 if (late_time_init) 285 late_time_init(); 286 287 //calibrate_delay()函数可以计算出cpu在一秒钟内执行了多少次一个极短的循环, 288 //计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS 值, 289 //Bogo是Bogus(伪)的意思,MIPS是millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写。 290 //这样我们就知道了其实这个函数是linux内核中一个cpu性能测试函数。 291 //http://blogold.chinaunix.net/u2/86768/showart_2196664.html 292 calibrate_delay(); 293 294 //PID是process id的缩写 295 //http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx 296 pidmap_init(); 297 298 /* 接下来的函数中,大多数都是为有关的管理机制建立专用的slab缓存 */ 299 pgtable_cache_init(); 300 301 /* 初始化优先级树index_bits_to_maxindex数组 */ 302 prio_tree_init(); 303 304 //来自mm/rmap.c 305 //分配一个anon_vma_cachep作为anon_vma的slab缓存。 306 //这个技术是PFRA(页框回收算法)技术中的组成部分。 307 //这个技术为定位而生——快速的定位指向同一页框的所有页表项。 308 anon_vma_init(); 309 310 #ifdef CONFIG_X86 311 if (efi_enabled) 312 efi_enter_virtual_mode(); 313 #endif 314 315 //根据物理内存大小计算允许创建进程的数量 316 //http://www.jollen.org/blog/2006/11/jollen_linux_3_fork_init.html 317 fork_init(totalram_pages); 318 319 //给进程的各种资源管理结构分配了相应的对象缓存区 320 //http://www.shangshuwu.cn/index.php/Linux内核的进程创建 321 proc_caches_init(); 322 323 //创建 buffer_head SLAB 缓存 324 buffer_init(); 325 326 unnamed_dev_init(); 327 328 //初始化key的management stuff 329 key_init(); 330 331 //关于系统安全的初始化,主要是访问控制 332 //http://blog.csdn.net/nhczp/archive/2008/04/29/2341194.aspx 333 security_init(); 334 335 //调用kmem_cache_create()函数来为VFS创建各种SLAB分配器缓存 336 //包括:names_cachep、filp_cachep、dquot_cachep和bh_cachep等四个SLAB分配器缓存 337 vfs_caches_init(totalram_pages); 338 339 radix_tree_init(); 340 341 //创建信号队列 342 signals_init(); 343 344 /* rootfs populating might need page-writeback */ 345 //回写相关的初始化 346 //http://blog.csdn.net/yangp01/archive/2010/04/06/5454822.aspx \ 347 page_writeback_init(); 348 349 #ifdef CONFIG_PROC_FS 350 proc_root_init(); 351 #endif 352 353 //http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1777937.html 354 cpuset_init(); 355 356 ////进程状态初始化,实际上就是分配了一个存储线程状态的高速缓存 357 taskstats_init_early(); 358 359 delayacct_init(); 360 361 //测试CPU的各种缺陷,记录检测到的缺陷,以便于内核的其他部分以后可以使用他们工作。 362 check_bugs(); 363 364 //电源相关的初始化 365 //http://blogold.chinaunix.net/u/548/showart.php?id=377952 366 acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */ 367 368 //接着进入rest_init()创建init进程,创建根文件系统,启动应用程序 369 rest_init(); 370 }
2、start_kernel调用层次。简略的写出start_kernel函数的调用层次后面一步步分析它。其实可以概括为读取uboot传入的tag参数并且处理它们。
假设uboot传入的命令行参数为bootargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0。
a、其中setup_arch、setup_command_line 、do_early_para、unknown_bootoption这几个函数可以概括为处理uboot传入的tag参数。主要处理ATAG_MEM参数、ATAG_CMDLINE参数部分参数
b、console_init根据处理后的console=ttySAC0命令行参数选择合适的控制台
c、其中rest_init是start_kernel调用的最后一个函数主要用来根据 处理后的root=/dev/mtdblock3、init=/linuxrc命令后参数分别挂接合适的根文件系统与第一个init进程的启动。
start_kernel setup_arch //解析UBOOT传入的启动参数 setup_command_line //解析UBOOT传入的启动参数 do_early_param //解析early参数,uboot中没传这个参数 unknown_bootoption//解析到了命令行参数,saved_root_name在这块初始化 console_init();//控制台初始化 rest_init kernel_thread kernel_init prepare_namespace //解析命令行参数解析成功挂接在哪个分区 mount_root//挂接根文件系统 init_post //执行应用程序
以上就是start_kernel函数的简单介绍。