linux内核启动流程

概述

　　Linux内核启动流程根据是否与体系结构相关主要可分为两个阶段。
第一阶段：引导过程
 ==> 系统上电
  　　===> CPU自身初始化

---------------------------------BIOS------------------------------------------
 　　　　 ===> 加电自检
  　　　　　　===> 加载内核引导程序

------------------------------内核引导程序-----------------------------------
  　　　　　　　　===> 主引导程序
  　　　　　　　　　　===> 次引导程序

----------------------------------------------------------------------------------
  　　　　　　　　　　　　===> 调用内核

 

1、CPU自身初始化

　　CPU 自身的初始化是引导过程的第一步，如果有多个 CPU，即多处理器系统，则每个CPU 都要进行自身初始化。CPU自身初始化之后从一个固定的位置（一般是0xfffffff0）取得指令并执行该指令为跳转指令跳转到BIOS代码的首部。

2、BIOS

　　BIOS 被固化于主板上一个容量相对较小的只读存储器（Read-Only Memory，ROM）中，它的工作主要有两个：加电自检，即进行所谓的 POST（Power On Self Test）和加载内核引导程序。

　　POST 阶段完成系统硬件的检测，包括内存检测、系统总线检测等。POST 完成之后，BIOS 读取启动设备第一个扇区，即首 512 字节的信息， 该扇区又被称之为主引导记录（Master Boot Record，MBR）。MBR 中保存了内核引导程序的开始部分，BIOS 将其加载到内存并执行。
 
3、内核引导程序

　　内核引导程序分为两个阶段：MBR 中的主引导程序；活动分区引导记录中的次引导程序。MBR 中的主引导程序是一个 512 字节的映像，它包含了 446 字节的程序代码和 64 字节的分区表，最后两个字节固定为 0xAA55，用于检查 MBR 是否有效。
主引导程序：扫描分区表，寻找活动分区，将位于活动分区引导记录中的次引导程序加载到内存中并执行。
次引导程序：负责加载 Linux 内核映像，并将控制权转交给内核。

4、内核

函数	位置(ARCH为体系架构，如arm、i386....)	功能
start	arch/ARCH/boot/head.S	进行一些基本的硬件设置
startup_32	arch/ARCH/boot/compressed/head.S	例程设置一个基本的运行环境（堆栈等），并清除 BSS（Block Started by Symbol）
decompress_kernel	arch/ARCH/boot/compressed/misc.c	解压内核
startup_32	arch/ARCH/kernel/head.S	对页表进行初始化，启用内存分页功能，并为任何可选的浮点单元（FPU）检测 CPU 的类型
start_kernel	arch/ARCH/kernel/head.S	进入体系结构无关的内核部分。自此，内核的引导过程告一段落，进入内核的初始化过程。

总结：引导过程可归纳为：CPU 加载 BIOS，BIOS 加载内核引导程序，内核引导程序加载压缩内核，压缩内核加载解压内核。

第二阶段：内核初始化

函数	位置	功能
start_kernel	init/main.c	完成了内核的大部分初始化工作，相当于内核的 main 函数
reset_init	init/main.c	启动内核线程 kernel_init
kernel_init	init/main.c	完成设备驱动程序的初始化
init_post	init/main.c	启动用户空间的 init进程

至此，内核已被引导并进行了初始化，且启动了自己的第一个用户空间应用程序，即 init。这是调用的第一个使用标准 C 库编译的程序，其进程编号始终为 1。