linux启动内核源码分析
内核的启动时从main.c这个文件里面的start_kernel函数开始的，这个文件在linux源码里面的init文件夹下面
下面我们来看看这个函数 这个函数很长，可以看个大概过去
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void) { char *command_line; char *after_dashes; set_task_stack_end_magic(&init_task); smp_setup_processor_id(); debug_objects_early_init(); cgroup_init_early(); local_irq_disable(); early_boot_irqs_disabled = true; /* * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then * enable them. */ boot_cpu_init(); page_address_init(); pr_notice("%s", linux_banner); setup_arch(&command_line); /* * Set up the the initial canary and entropy after arch * and after adding latent and command line entropy. */ add_latent_entropy(); add_device_randomness(command_line, strlen(command_line)); boot_init_stack_canary(); mm_init_cpumask(&init_mm); setup_command_line(command_line); setup_nr_cpu_ids(); setup_per_cpu_areas(); smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */ boot_cpu_hotplug_init(); build_all_zonelists(NULL); page_alloc_init(); pr_notice("Kernel command line: %s\n", boot_command_line); parse_early_param(); after_dashes = parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param, __stop___param - __start___param, -1, -1, NULL, &unknown_bootoption); if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes)) parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1, NULL, set_init_arg); jump_label_init(); /* * These use large bootmem allocations and must precede * kmem_cache_init() */ setup_log_buf(0); vfs_caches_init_early(); sort_main_extable(); trap_init(); mm_init(); ftrace_init(); /* trace_printk can be enabled here */ early_trace_init(); /* * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init() * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler. */ sched_init(); /* * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely * fragile until we cpu_idle() for the first time. */ preempt_disable(); if (WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n")) local_irq_disable(); radix_tree_init(); /* * Set up housekeeping before setting up workqueues to allow the unbound * workqueue to take non-housekeeping into account. */ housekeeping_init(); /* * Allow workqueue creation and work item queueing/cancelling * early. Work item execution depends on kthreads and starts after * workqueue_init(). */ workqueue_init_early(); rcu_init(); /* Trace events are available after this */ trace_init(); if (initcall_debug) initcall_debug_enable(); context_tracking_init(); /* init some links before init_ISA_irqs() */ early_irq_init(); init_IRQ(); tick_init(); rcu_init_nohz(); init_timers(); hrtimers_init(); softirq_init(); timekeeping_init(); time_init(); printk_safe_init(); perf_event_init(); profile_init(); call_function_init(); WARN(!irqs_disabled(), "Interrupts were enabled early\n"); early_boot_irqs_disabled = false; local_irq_enable(); kmem_cache_init_late(); /* * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of * this. But we do want output early, in case something goes wrong. */ console_init(); if (panic_later) panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later, panic_param); lockdep_init(); /* * Need to run this when irqs are enabled, because it wants * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs * too: */ locking_selftest(); /* * This needs to be called before any devices perform DMA * operations that might use the SWIOTLB bounce buffers. It will * mark the bounce buffers as decrypted so that their usage will * not cause "plain-text" data to be decrypted when accessed. */ mem_encrypt_init(); #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 kmemleak_init(); setup_per_cpu_pageset(); numa_policy_init(); acpi_early_init(); if (late_time_init) late_time_init(); sched_clock_init(); calibrate_delay(); pid_idr_init(); anon_vma_init(); #ifdef CONFIG_X86 if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES)) efi_enter_virtual_mode(); #endif thread_stack_cache_init(); cred_init(); fork_init(); proc_caches_init(); uts_ns_init(); buffer_init(); key_init(); security_init(); dbg_late_init(); vfs_caches_init(); pagecache_init(); signals_init(); seq_file_init(); proc_root_init(); nsfs_init(); cpuset_init(); cgroup_init(); taskstats_init_early(); delayacct_init(); check_bugs(); acpi_subsystem_init(); arch_post_acpi_subsys_init(); sfi_init_late(); /* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */ arch_call_rest_init(); }
这个函数里面我们会看到有很多的各种init，也就是初始化，我们只说几个重点操作
首先来看下这个函数set_task_stack_end_magic(&init_task);
在linux里面所有的进程都是由父进程创建而来，所以说在启动内核的时候需要有个祖先进程，这个进程是系统创建的
第一个进程，我们称为0号进程，它是唯一一个没有通过fork或者kernel_thread的进程
然后就是初始化系统调用，对应的函数就是trap_init();这里面设置了很多中断门，用于处理各种中断
系统调用也是通过发送中断的方式进行的。
接下来就是内存管理模块的初始化，对应的函数是mm_init();
然后就是初始化任务调度，对应的函数就是sched_init();
这个任务调度是干嘛用的呢？就是操作系统协调进程和cpu，比如说分配哪个进程在cpu上运行呀，
在比如说你这个进程在cpu上运行时间过长了，然后操作系统就会把你踢下去，换另一个进程在cpu上运行。
到了这个preempt_disable();函数，这个函数的意思就是在这个函数运行以后就禁止被中断
也就是说在这个函数运行后面，如果没有主动让出cpu，那么其他进程是无法抢占他的。
然后看下这个tick_init();这个函数是时钟初始化，这个时钟的概念是什么意思呢？
计算机会每隔一段时间周期通知操作系统，就像时钟一样，滴答滴答，每滴答一下就是一个时间周期过去了，
通知操作系统后，操作系统会看下当前在cpu上运行的进程运行时间是否过长，如果过长就标识该进程为可抢占
然后在某些时机下会切掉该进程，换下一个进程。
最后start_kernel()调用的是rest_init()用来初始化其他方面，这里面做了好多事情
noinline void __ref rest_init(void) { struct task_struct *tsk; int pid; rcu_scheduler_starting(); /* * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS. */ pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); /* * Pin init on the boot CPU. Task migration is not properly working * until sched_init_smp() has been run. It will set the allowed * CPUs for init to the non isolated CPUs. */ rcu_read_lock(); tsk = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns); set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask_of(smp_processor_id())); rcu_read_unlock(); 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(); /* * Enable might_sleep() and smp_processor_id() checks. * They cannot be enabled earlier because with CONFIG_PREEMPT=y * kernel_thread() would trigger might_sleep() splats. With * CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY=y the init task might have scheduled * already, but it's stuck on the kthreadd_done completion. */ system_state = SYSTEM_SCHEDULING; complete(&kthreadd_done); /* * The boot idle thread must execute schedule() * at least once to get things moving: */ schedule_preempt_disabled(); /* Call into cpu_idle with preempt disabled */ cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE); }
首先调用kernel_thread()函数，用来创建用户态的第一个进程，这个进程是所有用户态进程的祖先进程，我们称为1号进程
这个一号进程进入用户态以后，开枝散叶，创建了很多子进程，子进程又创建子进程，就形成了一颗进程树。
一旦有了用户进程，就需要划分资源了，比如说用户态的进程要想使用网卡发送数据，这个时候不能直接让用户态进程调用网卡
而是通过操作系统提供的系统调用函数，给进程发送数据，发送成功以后在返回到用户态进程，通知进程处理结果，也就是封装了
底层实现，用户态进程想要实现什么功能，直接调用系统调用就可以了，在用户态进程进行系统调用时，操作系统会把当前该进程的
参数都保存到寄存器里面，如果有对寄存器不懂的，就把寄存器想象成变量，变量是编程语言存放数据的，那么寄存器就是cpu用来存放数据的东西，
等到系统调用从内核态返回到用户态的时候，会恢复当时保存的寄存器里面的数据，继续运行。
这个过程就是这样的，用户态-》系统调用-》保存寄存器-》内核态执行系统调用-》恢复寄存器-》返回用户态 接着运行
然后接着说这个一号进程启动过程，现在这个进程还是在内核态的，那么要怎么把它搞到用户态里面的，
一般都是从用户态到内核态在返回到用户态，很少见过直接从内核态开始然后到用户态的
看下下面这个代码
void start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp) { set_user_gs(regs, 0); regs->fs = 0; regs->ds = __USER_DS; regs->es = __USER_DS; regs->ss = __USER_DS; regs->cs = __USER_CS; regs->ip = new_ip; regs->sp = new_sp; regs->flags = X86_EFLAGS_IF; force_iret(); } EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
创建进程的这函数最后会有这么一个函数也就是start_thread()，这里面把各个寄存器都设置为了_USER,啥意思呢，里面将用户态的代码段CS设置为_USER_CS，将用户态的数据段DS设置为_USER_DS，
以及指令指针寄存器IP，栈顶指针SP,最后的force_iret()；是用来恢复寄存器的，按理来说应该恢复在系统调用的时候保存的寄存器，这里面恢复的其实就是上面设置的寄存器。CS和指令指针寄存器IP恢复了，
指向用户态下一个要执行的语句，DS和函数栈指针SP也被恢复了，指向用户态函数栈的栈顶，所以，下一条指令就从用户态开始了。
用户态的祖先进程创建完了，那么内核态有没有一个祖先进程呢？
有的，rest_init第二大事情就是第三个进程，也就是2号进程。
了解更多：https://www.toutiao.com/c/user/83293539887/#mid=1633933053814798
