arm Linux系统启动之start_kernel函数-电子工程世界

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head-common.S

---具体做了哪些动作

---跳转到init/main.c

---b start_kernel

//关于start_kernel的强文深入理解linux内核，第八章

main.c

asmlinkage void __init start_kernel(void)

{

char * command_line;

extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];

//来设置smp process id，当然目前看到的代码里面这里是空的

smp_setup_processor_id();

* Need to run as early as possible, to initialize the

* lockdep hash:

//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。

//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，

//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）：

//·同一个进程递归地加锁同一把锁；

//·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，

// 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；

//·加锁后导致依赖图产生成闭环，这是典型的死锁现象。

lockdep_init();

debug_objects_early_init();

* Set up the the initial canary ASAP:

//初始化stack_canary栈3

//stack_canary的是带防止栈溢出攻击保护的堆栈。

// 当user space的程序通过int 0x80进入内核空间的时候，CPU自动完成一次堆栈切换，

//从user space的stack切换到kernel space的stack。

// 在这个进程exit之前所发生的所有系统调用所使用的kernel stack都是同一个。

//kernel stack的大小一般为4096/8192，

//内核堆栈示意图帮助大家理解：

// 内存低址内存高址

// | |<-----------------------------esp|

// +-----------------------------------4096-------------------------------+

// | 72 | 4 | x < 4016 | 4 |

// +------------------+-----------------+---------------------------------+

// +------------------+-----------------+---------------------------------+

// | 28 | 44 | | |

// V | |

// restart_block V

//esp+0x0 +0x40

// +---------------------------------------------------------------------------+

// |ebx|ecx|edx|esi|edi|ebp|eax|ds|es|fs|gs|orig_eax|eip|cs|eflags|oldesp|oldss|

// +---------------------------------------------------------------------------+

// | kernel完成 | cpu自动完成 |

//http://hi.baidu.com/wzt85/blog/item/112a37132f6116c2f6039e44.html

boot_init_stack_canary();

// cgroup: 它的全称为control group.即一组进程的行为控制.

// 比如,我们限制进程/bin/sh的CPU使用为20%.我们就可以建一个cpu占用为20%的cgroup.

// 然后将/bin/sh进程添加到这个cgroup中.当然,一个cgroup可以有多个进程.

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1736813.html

cgroup_init_early();

//更新kernel中的所有的立即数值，但是包括哪些需要再看？

core_imv_update();

//关闭当前CUP中断

local_irq_disable();

//修改标记early_boot_irqs_enabled;

//通过一个静态全局变量 early_boot_irqs_enabled来帮助我们调试代码，

//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

early_boot_irqs_off();

//每一个中断都有一个IRQ描述符（struct irq_desc）来进行描述。

//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，

//还是每一个IRQ描述符（struct irq_desc）都有一个小锁。

early_init_irq_lock_class();

* Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then

* enable them

// 大内核锁（BKL--Big Kernel Lock）

//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。

//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。

//进程保持大内核锁时可以发生调度，具体实现是：

//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，

//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。

//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。

//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。

//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。

//大内核锁的API包括：

//void lock_kernel(void);

//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。

//void unlock_kernel(void);

//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。

//大内核锁的API使用非常简单，按照以下方式使用就可以了：

//lock_kernel(); //对被保护的共享资源的访问 … unlock_kernel()；

//http://blog.csdn.net/universus/archive/2010/05/25/5623971.aspx

lock_kernel();

//初始化time ticket，时钟

tick_init();

//函数 tick_init() 很简单，调用 clockevents_register_notifier 函数向 clockevents_chain 通知链注册元素：

// 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，

//应该执行的操作，该回调函数为 tick_notify

//http://blogold.chinaunix.net/u3/97642/showart_2050200.html

boot_cpu_init();

//初始化页地址，当然对于arm这里是个空函数

//http://book.chinaunix.net/special/ebook/PrenticeHall/PrenticeHallPTRTheLinuxKernelPrimer/0131181637/ch08lev1sec5.html

page_address_init();

printk(KERN_NOTICE "%s", linux_banner);

//系结构相关的内核初始化过程

//http://www.cublog.cn/u3/94690/showart_2238008.html

setup_arch(&command_line);

//初始化内存管理

mm_init_owner(&init_mm, &init_task);

//处理启动命令，这里就是设置的cmd_line

setup_command_line(command_line);

//这个在定义了SMP的时候有作用，现在这里为空函数；对于smp的使用，后面在看。。。

setup_nr_cpu_ids();

//如果没有定义CONFIG_SMP宏，则这个函数为空函数。

//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，

//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。

setup_per_cpu_areas();

//定义在include/asm-x86/smp.h。

//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

smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */

//设置node 和 zone 数据结构

//内存管理的讲解：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=361890&do=blog&cuid=2146541

build_all_zonelists(NULL);

//初始化page allocation相关结构

page_alloc_init();

printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s/n", boot_command_line);

//解析内核参数

//对内核参数的解析：http://hi.baidu.com/yuhuntero/blog/item/654a7411e45ce519b8127ba9.html

parse_early_param();

parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,

__stop___param - __start___param,

&unknown_bootoption);

* These use large bootmem allocations and must precede

* kmem_cache_init()

//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

//这里涉及到进程管理http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx

pidhash_init();

//初始化VFS的两个重要数据结构dcache和inode的缓存。

//http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171324.aspx

vfs_caches_init_early();

//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

sort_main_extable();

//初始化中断向量表

//http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171325.aspx

trap_init();

//memory map初始化

//http://blog.csdn.net/huyugv_830913/archive/2010/09/15/5886970.aspx

mm_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.

//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，

//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，

//所以还会继续完成内核初始化剩下的事情。

//这里仅仅为进程调度程序的执行做准备。

//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

sched_init();

* Disable preemption - early bootup scheduling is extremely

* fragile until we cpu_idle() for the first time.

//抢占计数器加1

preempt_disable();

//检查中断是否打开

if (!irqs_disabled()) {

printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were "

"enabled *very* early, fixing it/n");

local_irq_disable();

}

//Read-Copy-Update的初始化

//RCU机制是Linux2.6之后提供的一种数据一致性访问的机制，

//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，

//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，

//修改完成之后再将老数据update成新的数据，此所谓RCU。

//http://blog.ednchina.com/tiloog/193361/message.aspx

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1341707.html

rcu_init();

//定义在lib/radix-tree.c。

//Linux使用radix树来管理位于文件系统缓冲区中的磁盘块，

//radix树是trie树的一种

//http://blog.csdn.net/walkland/archive/2009/03/19/4006121.aspx

radix_tree_init();

/* init some links before init_ISA_irqs() */

//early_irq_init 则对数组中每个成员结构进行初始化,

//例如, 初始每个中断源的中断号.其他的函数基本为空.

early_irq_init();

//初始化IRQ中断和终端描述符。

//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],

//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,

//并初始化该中断的链表表头成员结构变量pend

init_IRQ();

//prio-tree是一棵查找树，管理的是什么？

//http://blog.csdn.net/dog250/archive/2010/06/28/5700317.aspx

prio_tree_init();

//初始化定时器Timer相关的数据结构

//http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html

init_timers();

//对高精度时钟进行初始化

hrtimers_init();

//软中断初始化

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_494363.html

softirq_init();

//初始化时钟源

timekeeping_init();

//初始化系统时间，

//检查系统定时器描述结构struct sys_timer全局变量system_timer是否为空，

//如果为空将其指向dummy_gettimeoffset()函数。

//http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html

time_init();

//profile只是内核的一个调试性能的工具，

//这个可以通过menuconfig中的Instrumentation Support->profile打开。

//http://www.linuxdiyf.com/bbs//thread-71446-1-1.html

profile_init();

if (!irqs_disabled())

printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were "

"enabled early/n");

//与开始的early_boot_irqs_off相对应

early_boot_irqs_on();

//与local_irq_disbale相对应，开中断

local_irq_enable();

/* Interrupts are enabled now so all GFP allocations are safe. */

gfp_allowed_mask = __GFP_BITS_MASK;

//memory cache的初始化

//http://my.chinaunix.net/space.php?uid=7588746&do=blog&id=153184

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.

//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，

//只有在这个函数调用后，才会在控制台打印出内容

//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。

console_init();

if (panic_later)

panic(panic_later, panic_param);

//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

lockdep_info();

* Need to run this when irqs are enabled, because it wants

* to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs

* too:

//如果定义CONFIG_DEBUG_LOCKING_API_SELFTESTS宏

//则locking_selftest()是一个空函数，否则执行锁自测

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) {

printk(KERN_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

//页面初始化，可以参考上面的cgroup机制

page_cgroup_init();

//页面分配debug启用

enable_debug_pagealloc();

//此处函数为空

kmemtrace_init();

//memory lead侦测初始化，如何侦测？？？

kmemleak_init();

//Called after the kmem_caches are functional to setup a dedicated

//cache pool, which has the SLAB_DEBUG_OBJECTS flag set. This flag

//prevents that the debug code is called on kmem_cache_free() for the

//debug tracker objects to avoid recursive calls.

//在kmem_caches之后表示建立一个高速缓冲池，建立起SLAB_DEBUG_OBJECTS标志。？？？

debug_objects_mem_init();

//idr在linux内核中指的就是整数ID管理机制，

//从本质上来说，这就是一种将整数ID号和特定指针关联在一起的机制

//idr机制适用在那些需要把某个整数和特定指针关联在一起的地方。

//http://blogold.chinaunix.net/u3/93255/showart_2524027.html

idr_init_cache();

//是否是对SMP的支持，单核是否需要？？这个要分析

setup_per_cpu_pageset();

//NUMA (Non Uniform Memory Access) policy

//具体是什么不懂

numa_policy_init();

if (late_time_init)

late_time_init();

//初始化调度时钟

sched_clock_init();

//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，

//计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS 值，

//Bogo是Bogus(伪)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写。

//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。

//http://blogold.chinaunix.net/u2/86768/showart_2196664.html

calibrate_delay();

//PID是process id的缩写

//http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx

pidmap_init();

//来自mm/rmap.c

//分配一个anon_vma_cachep作为anon_vma的slab缓存。

//这个技术是PFRA（页框回收算法）技术中的组成部分。

//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。

anon_vma_init();

#ifdef CONFIG_X86

if (efi_enabled)

efi_enter_virtual_mode();

#endif

//创建thread_info缓存

thread_info_cache_init();

//申请了一个slab来存放credentials??????如何理解？

cred_init();

//根据物理内存大小计算允许创建进程的数量

//http://www.jollen.org/blog/2006/11/jollen_linux_3_fork_init.html

fork_init(totalram_pages);

//给进程的各种资源管理结构分配了相应的对象缓存区

//http://www.shangshuwu.cn/index.php/Linux内核的进程创建

proc_caches_init();

//创建 buffer_head SLAB 缓存

buffer_init();

//初始化key的management stuff

key_init();

//关于系统安全的初始化，主要是访问控制

//http://blog.csdn.net/nhczp/archive/2008/04/29/2341194.aspx

security_init();

//与debug kernel相关

dbg_late_init();

//调用kmem_cache_create()函数来为VFS创建各种SLAB分配器缓存

//包括：names_cachep、filp_cachep、dquot_cachep和bh_cachep等四个SLAB分配器缓存

vfs_caches_init(totalram_pages);

//创建信号队列

signals_init();

/* rootfs populating might need page-writeback */

//回写相关的初始化

//http://blog.csdn.net/yangp01/archive/2010/04/06/5454822.aspx

page_writeback_init();

#ifdef CONFIG_PROC_FS

proc_root_init();

#endif

//它将剩余的subsys初始化.然后将init_css_set添加进哈希数组css_set_table[ ]中.

//在上面的代码中css_set_hash()是css_set_table的哈希函数.

//它是css_set->subsys为哈希键值,到css_set_table[ ]中找到对应项.然后调用hlist_add_head()将init_css_set添加到冲突项中.

//然后,注册了cgroup文件系统.这个文件系统也是我们在用户空间使用cgroup时必须挂载的.

//最后,在proc的根目录下创建了一个名为cgroups的文件.用来从用户空间观察cgroup的状态.

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1736813.html

cgroup_init();

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1777937.html

cpuset_init();

////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

taskstats_init_early();

delayacct_init();

//此处为一空函数

imv_init_complete();

//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。

check_bugs();

//电源相关的初始化

//http://blogold.chinaunix.net/u/548/showart.php?id=377952

acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */

sfi_init_late();

ftrace_init();

/* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */

//创建1号进程，详细分析之

rest_init();

}

关键字：arm Linux系统 start_kernel函数引用地址：arm Linux系统启动之start_kernel函数

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