linux 内核 启动 linux最好用的系统
Linux系统开机时启动内核步骤是什么
实模式,并开始执行位于地址0xFFFF0处
的代码,也就是ROM-BIOS起始位置的代码。BIOS先进行一系列的系统自检,然后初始化位
于地址0的中断向量表。最后BIOS将启动盘的第一个扇区装入到0x7C00,并开始执行此处
的代码。这就是对内核初始化过程的一个最简单的描述。
最初,linux核心的最开始部分是用8086汇编语言编写的。当开始运行时,核心将自
己装入到绝对地址0x90000,再将其后的2k字节装入到地址0x90200处,最后将核心的其余
部分装入到0x10000。
当系统装入时,会显示Loading...信息。装入完成后,控制转向另一个实模式下的汇
编语言代码boot/Setup.S。Setup部分首先设置一些系统的硬件设备,然后将核心从
0x10000处移至0x1000处。这时系统转入保护模式,开始执行位于0x1000处的代码。
接下来是内核的解压缩。0x1000处的代码来自于文件Boot/head.S,它用来初始化寄
存器和调用decompress_kernel()程序。decompress_kernel()程序由Boot/inflate.c,
Boot/unzip.c和Boot../misc.c组成。解压缩后的数据被装入到了0x100000处,这也是
linux不能在内存小于2M的环境下运行的主要原因。
解压后的代码在0x1010000处开始执行,紧接着所有的32位的设置都将完成： IDT、
GDT和LDT将被装入,处理器初始化完毕,设置好内存页面,最终调用start_kernel过程。
这大概是整个内核中最为复杂的部分。
[系统开始运行]
linux kernel最早的C代码从汇编标记startup_32开始执行
startup_32:
start_kernel
lock_kernel
trap_init
init_IRQ
sched_init
softirq_init
time_init
console_init
#ifdef CONFIG_MODULES
init_modules
#endif
kmem_cache_init
sti
calibrate_delay
mem_init
kmem_cache_sizes_init
pgtable_cache_init
fork_init
proc_caches_init
vfs_caches_init
buffer_init
page_cache_init
signals_init
#ifdef CONFIG_PROC_FS
proc_root_init
#endif
#if defined(CONFIG_SYSVIPC)
ipc_init
#endif
check_bugs
smp_init
rest_init
kernel_thread
unlock_kernel
cpu_idle
・startup_32 [arch/i386/kernel/head.S]
・start_kernel [init/main.c]
・lock_kernel [include/asm/smplock.h]
・trap_init [arch/i386/kernel/traps.c]
・init_IRQ [arch/i386/kernel/i8259.c]
・sched_init [kernel/sched.c]
・softirq_init [kernel/softirq.c]
・time_init [arch/i386/kernel/time.c]
・console_init [drivers/char/tty_io.c]
・init_modules [kernel/module.c]
・kmem_cache_init [mm/slab.c]
・sti [include/asm/system.h]
・calibrate_delay [init/main.c]
・mem_init [arch/i386/mm/init.c]
・kmem_cache_sizes_init [mm/slab.c]
・pgtable_cache_init [arch/i386/mm/init.c]
・fork_init [kernel/fork.c]
・proc_caches_init
・vfs_caches_init [fs/dcache.c]
・buffer_init [fs/buffer.c]
・page_cache_init [mm/filemap.c]
・signals_init [kernel/signal.c]
・proc_root_init [fs/proc/root.c]
・ipc_init [ipc/util.c]
・check_bugs [include/asm/bugs.h]
・smp_init [init/main.c]
・rest_init
・kernel_thread [arch/i386/kernel/process.c]
・unlock_kernel [include/asm/smplock.h]
・cpu_idle [arch/i386/kernel/process.c]
start_kernel()程序用于初始化系统内核的各个部分,包括：
*设置内存边界,调用paging_init()初始化内存页面。
*初始化陷阱,中断通道和调度。
*对命令行进行语法分析。
*初始化设备驱动程序和磁盘缓冲区。
*校对延迟循环。
最后的function'rest_init'作了以下工作:
・开辟内核线程'init'
・调用unlock_kernel
・建立内核运行的cpu_idle环,如果没有调度,就一直死循环
实际上start_kernel永远不能终止.它会无穷地循环执行cpu_idle.
最后,系统核心转向move_to_user_mode(),以便创建初始化进程（init）。此后,进程0开始进入无限循环。
初始化进程开始执行/etc/init、/bin/init或/sbin/init中的一个之后,系统内核就不再对程序进行直接控制了。之后系统内核的作用主要是给进程提供系统调用,以及提供异步中断事件的处理。多任务机制已经建立起来,并开始处理多个用户的登录和fork()创建的进程。
[init]
init是第一个进程,或者说内核线程
init
lock_kernel
do_basic_setup
mtrr_init
sysctl_init
pci_init
sock_init
start_context_thread
do_init_calls
(*call())-> kswapd_init
prepare_namespace
free_initmem
unlock_kernel
execve
[目录]
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启动步骤
系统引导：
涉及的文件
./arch/$ARCH/boot/bootsect.s
./arch/$ARCH/boot/setup.s
bootsect.S
这个程序是linux kernel的第一个程序,包括了linux自己的bootstrap程序,
但是在说明这个程序前,必须先说明一般IBM PC开机时的动作(此处的开机是指
"打开PC的电源"):
一般PC在电源一开时,是由内存中地址FFFF:0000开始执行(这个地址一定
在ROM BIOS中,ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中),而此处的内容则是一个
jump指令,jump到另一个位於ROM BIOS中的位置,开始执行一系列的动作,包
括了检查RAM,keyboard,显示器,软硬磁盘等等,这些动作是由系统测试代码
(system test code)来执行的,随着制作BIOS厂商的不同而会有些许差异,但都
是大同小异,读者可自行观察自家机器开机时,萤幕上所显示的检查讯息。
紧接着系统测试码之后,控制权会转移给ROM中的启动程序
(ROM bootstrap routine),这个程序会将磁盘上的第零轨第零扇区读入
内存中(这就是一般所谓的boot sector,如果你曾接触过电脑病
毒,就大概听过它的大名),至於被读到内存的哪里呢?--绝对
位置07C0:0000(即07C00h处),这是IBM系列PC的特性。而位在linux开机
磁盘的boot sector上的正是linux的bootsect程序,也就是说,bootsect是
第一个被读入内存中并执行的程序。现在,我们可以开始来
看看到底bootsect做了什么。
第一步
首先,bootsect将它"自己"从被ROM BIOS载入的绝对地址0x7C00处搬到
0x90000处,然后利用一个jmpi(jump indirectly)的指令,跳到新位置的
jmpi的下一行去执行,
第二步
接着,将其他segment registers包括DS,ES,SS都指向0x9000这个位置,
与CS看齐。另外将SP及DX指向一任意位移地址( offset),这个地址等一下
会用来存放磁盘参数表(disk para- meter table)
第三步
接着利用BIOS中断服务int 13h的第0号功能,重置磁盘控制器,使得刚才
的设定发挥功能。
第四步
完成重置磁盘控制器之后,bootsect就从磁盘上读入紧邻着bootsect的setup
程序,也就是setup.S,此读入动作是利用BIOS中断服务int 13h的第2号功能。
setup的image将会读入至程序所指定的内存绝对地址0x90200处,也就是在内存
中紧邻着bootsect所在的位置。待setup的image读入内存后,利用BIOS中断服
务int 13h的第8号功能读取目前磁盘的参数。
第五步
再来,就要读入真正linux的kernel了,也就是你可以在linux的根目录下看
到的"vmlinuz"。在读入前,将会先呼叫BIOS中断服务int 10h的第3号功能,
读取游标位置,之后再呼叫BIOS中断服务int 10h的第13h号功能,在萤幕上输
出字串"Loading",这个字串在boot linux时都会首先被看到,相信大家应该觉
得很眼熟吧。
第六步
接下来做的事是检查root device,之后就仿照一开始的方法,利用indirect
jump跳至刚刚已读入的setup部份
第七步
setup.S完成在实模式下版本检查,并将硬盘,鼠标,内存参数写入到 INITSEG
中,并负责进入保护模式。
第八步
操作系统的初始化。
如何调整Linux内核启动中的驱动初始化顺序late
Linux内核为不同驱动的加载顺序对应不同的优先级，定义了一些宏：
include\linux\init.h
#define pure_initcall(fn) __define_initcall("0",fn,1)
#define core_initcall(fn) __define_initcall("1",fn,1)
#define core_initcall_sync(fn) __define_initcall("1s",fn,1s)
#define postcore_initcall(fn) __define_initcall("2",fn,2)
#define postcore_initcall_sync(fn) __define_initcall("2s",fn,2s)
#define arch_initcall(fn) __define_initcall("3",fn,3)
#define arch_initcall_sync(fn) __define_initcall("3s",fn,3s)
#define subsys_initcall(fn) __define_initcall("4",fn,4)
#define subsys_initcall_sync(fn) __define_initcall("4s",fn,4s)
#define fs_initcall(fn) __define_initcall("5",fn,5)
#define fs_initcall_sync(fn) __define_initcall("5s",fn,5s)
#define rootfs_initcall(fn) __define_initcall("rootfs",fn,rootfs)
#define device_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)
#define device_initcall_sync(fn) __define_initcall("6s",fn,6s)
#define late_initcall(fn) __define_initcall("7",fn,7)
#define late_initcall_sync(fn) __define_initcall("7s",fn,7s)
#define __initcall(fn) device_initcall(fn)
把自己的驱动的函数名用这些宏去定义之后，
就会对应不同的加载时候的优先级。
其中，我们写驱动中所用到的module_init对应的是
#define module_init(x) __initcall(x);
而
#define __initcall(fn) device_initcall(fn)
所以，驱动对应的加载的优先级为6
在上面的不同的优先级中，
数字越小，优先级越高。
同一等级的优先级的驱动，加载顺序是链接过程决定的，结果是不确定的，我们无法去手动设置谁先谁后。
不同等级的驱动加载的顺序是先优先级高，后优先级低，这是可以确定的。
所以，像我们之前在驱动中用：
module_init(i2c_dev_init);
module_init(as352x_afe_init);
module_init(as352x_afe_i2c_init);
module_init(enc28j60_init);
所以，大家都是同一个优先级去初始化，
最后这些驱动加载的顺序，可以查看在根目录下，
生成的system.map：
。。。
c00197d8 t __initcall_alignment_init5
。。。。。
c00197f4 t __initcall_default_rootfsrootfs
c00197f8 t __initcall_timer_init_sysfs6
c00197fc t __initcall_clock_dev_init6
。。。
c00198d8 t __initcall_loop_init6
c00198dc t __initcall_net_olddevs_init6
c00198e0 t __initcall_loopback_init6
c00198e4 t __initcall_enc28j60_init6
。。。
c0019900 t __initcall_as352x_spi_init6
c0019904 t __initcall_spidev_init6
。。。
c0019920 t __initcall_i2c_dev_init6
c0019924 t __initcall_as352x_afe_i2c_init6
c0019928 t __initcall_as352x_afe_init6
。。。
c0019970 t __initcall_random32_reseed7
c0019974 t __initcall_seqgen_init7
c0019978 t __initcall_rtc_hctosys7
c001997c T __con_initcall_start
c001997c t __initcall_con_init
c001997c T __initcall_end
。。。
此处就是由于
c0019920 t __initcall_i2c_dev_init6
c0019924 t __initcall_as352x_afe_i2c_init6
c0019928 t __initcall_as352x_afe_init6
在
c00198e4 t __initcall_enc28j60_init6
之前，所以我这里才要去改。。。
知道原理，能想到的，就是
要么把
as352x_afe_init
改到
enc28j60_init
之前一级，即优先级为5。
即在驱动中，调用：
fs_initcall(as352x_afe_init)；
要么把
enc28j60_init
改到
as352x_afe_init
之后，即优先级为7
即在驱动中，调用：
late_initcall(enc28j60_init)；
但是，此处麻烦就麻烦在，
如果把
as352x_afe_init
改到
enc28j60_init
之前一级，
发现后面网卡初始化enc28j60_init中，虽然读取芯片ID对了，
但是后面的IP-auto configure有问题。
所以放弃。
如果把
enc28j60_init
改到
as352x_afe_init
之后，
但是，从system.map中看到的是，优先级为7的驱动中，明显有几个驱动，
也是和网卡初始化相关的，所以，这样改，尝试后，还是失败了。
所以，没法简单的通过调整现有的驱动的顺序，去实现顺序的调整。
最后，被逼无奈，想到了一个可以实现我们需求的办法，
那就是，单独定义一个优先级，把afe相关的初始化都放到那里面去，
这样，就可以保证，其他没什么相关的冲突了。
最后证实，这样是可以实现目的的。
具体添加一个新的优先级的步骤如下：
1.定义新的优先级
include\linux\init.h中：
#define pure_initcall(fn) __define_initcall("0",fn,1)
#define core_initcall(fn) __define_initcall("1",fn,1)
#define core_initcall_sync(fn) __define_initcall("1s",fn,1s)
#define postcore_initcall(fn) __define_initcall("2",fn,2)
#define postcore_initcall_sync(fn) __define_initcall("2s",fn,2s)
#define arch_initcall(fn) __define_initcall("3",fn,3)
#define arch_initcall_sync(fn) __define_initcall("3s",fn,3s)
#define subsys_initcall(fn) __define_initcall("4",fn,4)
#define subsys_initcall_sync(fn) __define_initcall("4s",fn,4s)
#define fs_initcall(fn) __define_initcall("5",fn,5)
#define fs_initcall_sync(fn) __define_initcall("5s",fn,5s)
#define rootfs_initcall(fn) __define_initcall("rootfs",fn,rootfs)
#if 1
#define prev_device_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)
#define prev_device_initcall_sync(fn) __define_initcall("6s",fn,6s)
#define device_initcall(fn) __define_initcall("7",fn,7)
#define device_initcall_sync(fn) __define_initcall("7s",fn,7s)
#define late_initcall(fn) __define_initcall("8",fn,8)
#define late_initcall_sync(fn) __define_initcall("8s",fn,8s)
#else
#define device_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)
#define device_initcall_sync(fn) __define_initcall("6s",fn,6s)
#define late_initcall(fn) __define_initcall("7",fn,7)
#define late_initcall_sync(fn) __define_initcall("7s",fn,7s)
#endif
2.用对应新的宏，定义我们的驱动：
prev_device_initcall(i2c_dev_init);
prev_device_initcall(as352x_afe_i2c_init);
prev_device_initcall(as352x_afe_init);
做到这里，本以为可以了，但是编译后，在system.map中，发现之前优先级为7的那几个函数，
被放到system.map最后了，而不是预想的，
在优先级7之后，在
c001997c T __con_initcall_start
c001997c t __initcall_con_init
c001997c T __initcall_end
之前。
最后，发现时没有把对应的链接文件中的宏加进去：
3.
include\asm-generic\vmlinux.lds.h
#if 1
#define INITCALLS\
*(.initcall0.init)\
*(.initcall0s.init)\
*(.initcall1.init)\
*(.initcall1s.init)\
*(.initcall2.init)\
*(.initcall2s.init)\
*(.initcall3.init)\
*(.initcall3s.init)\
*(.initcall4.init)\
*(.initcall4s.init)\
*(.initcall5.init)\
*(.initcall5s.init)\
*(.initcallrootfs.init)\
*(.initcall6.init)\
*(.initcall6s.init)\
*(.initcall7.init)\
*(.initcall7s.init)\
*(.initcall8.init)\
*(.initcall8s.init)
#else
#define INITCALLS\
*(.initcall0.init)\
*(.initcall0s.init)\
*(.initcall1.init)\
*(.initcall1s.init)\
*(.initcall2.init)\
*(.initcall2s.init)\
*(.initcall3.init)\
*(.initcall3s.init)\
*(.initcall4.init)\
*(.initcall4s.init)\
*(.initcall5.init)\
*(.initcall5s.init)\
*(.initcallrootfs.init)\
*(.initcall6.init)\
*(.initcall6s.init)\
*(.initcall7.init)\
*(.initcall7s.init)
#endif
最后，再重新编译，就可以实现我们要的，
和afe相关的驱动初始化，都在网卡enc28j60_init之前了。
也就可以在网卡里面读芯片ID了。
当然，对应编译生成的system.map文件中，
对应的通过module_init定义的驱动，优先级也都变成7了。
而late_initcall对应优先级8了。
注：当前开发板arm的板子，所以，对应的load脚本在：
linux-2.6.28.4\arch\arm\kernel\vmlinux.lds
看起来，应该是这个文件：
linux-2.6.28.4\arch\arm\kernel\vmlinux.lds.S
生成上面那个脚本的。
vmlinux.lds中的这一行：
__initcall_start=.;
*(.initcallearly.init) __early_initcall_end=.;*(.initcall0.init)*(.initcall0s.init)*(.initcall1.init)*(.initcall1s.init)*(.initcall2.init)*(.initcall2s.init)*(.initcall3.init)*(.initcall3s.init)*(.initcall4.init)*(.initcall4s.init)*(.initcall5.init)*(.initcall5s.init)*(.initcallrootfs.init)*(.initcall6.init)*(.initcall6s.init)*(.initcall7.init)*(.initcall7s.init)
就是将之前那些对应的init类型的函数，展开，放到这对应的位置。
Linux 内核启动及文件系统加载过程
Linux内核启动及文件系统加载过程
在u-boot引导Linux内核开始执行bootcmd命令后，Linux内核启动过程便开始。普通Linux内核启动通常分为三个阶段。本文将根据项目中使用的linux-2.6.37源码，详细描述内核启动的全过程。
第一阶段为内核自解压过程。在启动过程中，可以看到内核自解压界面。压缩和解压缩代码位于kernel/arch/arm/boot/compressed目录下。编译后产生head.o、misc.o、piggy.gzip.o、vmlinux、decompress.o等文件。BootLoader将系统引导至内核内存后，调用do_bootm_linux()，若内核未被压缩，直接启动；如被压缩，则进行解压。压缩内核头部包含解压程序，入口文件位于arch/arm/boot/compressed/head.S。
decompress_kernel()函数在misc.c文件中实现，调用proc_decomp_setup()、arch_decomp_setup()进行设置。解压缩过程开始后，打印“Uncompressing Linux...”信息，调用gunzip()解压并放置指定位置。内核解压完成后，返回head.S的583行，启动内核。
第二阶段主要工作包括设置ARM处理器工作模式、启用MMU、设置一级页表等。汇编代码通过查找处理器内核类型和机器码类型调用相应的初始化函数，建立页表，跳转至start_kernel()函数开始内核初始化。处理器类型检测在汇编子函数__lookup_processor_type中完成，机器码类型检测在__lookup_machine_type中。建立页表后，跳转至C程序入口start_kernel()。
第三阶段由start_kernel函数开始，这是所有Linux平台进入系统内核初始化后的入口。它完成与硬件平台相关的初始化工作，调用init进程并等待执行，完成Linux内核启动。
启动init服务并挂载根文件系统
在启动init服务前，需要挂载根文件系统。根文件系统至少包含五大目录。以只读方式挂载，防止内核不稳定时破坏数据或延长开机时间。
挂载根文件系统后，执行init服务。Linux内核依据/etc/inittab文件中设置进行初始化系统环境。init启动后，表示Linux内核成功启动。
在启动init服务时，init会读取/etc/inittab文件，执行rc.sysinit、rc、rc.local等脚本进行系统初始化。rc.sysinit主要功能包括启动udev、设置内核参数、系统时间、启用交换内存、检查并挂载文件系统、初始化硬件设备、管理串行端口、清除过期锁定文件、建立用户接口等。
整个Linux内核启动过程至此完成。
