start_kernel函数

4.2 内核初始化

如图4.6所示，内核的初始化过程由start_kernel函数开始，至第一个用户进程init结束，调用了一系列的初始化函数对所有的内核组件进行初始化。其中，start_kernel、rest_init、kernel_init、init_post等4个函数构成了整个初始化过程的主线。

（点击查看大图）图4.6  内核初始化

本节接下来的内容会结合内核代码，对内核初始化过程主线上的几个函数进行分析，使读者对该过程有个整体上的认识，以此为基础，读者可以根据自己的兴趣或需要，选择与某些组件相关的初始化函数，进行更进一步的研究分析。

4.2.1  start_kernel函数

从start_kernel函数开始，内核即进入了C语言部分，它完成了内核的大部分初始化工作。实际上，可以将start_kernel函数看做内核的main函数。

代码清单4.1  start_kernel函数

513 asmlinkage void __init start_kernel(void)
514 {
515     char * command_line;
516     extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];
517
        /*
         * 当只有一个CPU的时候这个函数就什么都不做，但是如果有多个CPU的时候那么它就
         * 返回在启动的时候的那个CPU的号
         */
518     smp_setup_processor_id();
519
520     /*
521      * Need to run as early as possible, to initialize the
522      * lockdep hash:
523      */
524     unwind_init();
525     lockdep_init();
526
        /* 关闭当前CPU的中断 */
527     local_irq_disable();
528     early_boot_irqs_off();
        /*
         * 每一个中断都有一个中断描述符（struct irq_desc）来进行描述，这个函数的
         * 作用就是设置所有中断描述符的锁
         */
529     early_init_irq_lock_class();
530
531 /*
532  * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
533  * enable them
534  */
        /* 获取大内核锁，锁定整个内核。 */
535     lock_kernel();
        /* 如果定义了CONFIG_GENERIC_CLOCKEVENTS，则注册clockevents框架 */
536     tick_init();
537     boot_cpu_init();
        /* 初始化页地址，使用链表将其链接起来 */
538     page_address_init();
539     printk(KERN_NOTICE);
        /* 显示内核的版本信息 */
540     printk(linux_banner);
        /*
         * 每种体系结构都有自己的setup_arch()函数，是体系结构相关的，具体编译哪个
         * 体系结构的setup_arch()函数,由源码树顶层目录下的Makefile中的ARCH变量
         * 决定
         */
541     setup_arch(&command_line);
542     setup_command_line(command_line);
543     unwind_setup();
        /* 每个CPU分配pre-cpu结构内存， 并复制.data.percpu段的数据 */
544     setup_per_cpu_areas();
545     smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */
546
547     /*
548      * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the
549      * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()
550      * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.
551      */
        /* 进程调度器初始化 */
552     sched_init();
553     /*
554      * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely
555      * fragile until we cpu_idle() for the first time.
556      */
        /* 禁止内核抢占 */
557     preempt_disable();
558     build_all_zonelists();
559     page_alloc_init();
        /* 打印Linux启动命令行参数 */
560     printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s\n", boot_command_line);
        /* 对内核选项的两次解析 */
561     parse_early_param();
562     parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,
563            __stop___param - __start___param,
564            &unknown_bootoption);
        /* 检查中断是否已经打开，如果已经打开，则关闭中断 */
565     if (!irqs_disabled()) {
566         printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were "
567                 "enabled *very* early, fixing it\n");
568         local_irq_disable();
569     }
570     sort_main_extable();
        /*
         * 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）                * 的初始化，init_IRQ函数则完成其余中断向量的初始化
         */
571     trap_init();
        /* 初始化RCU(Read-Copy Update)机制 */
572     rcu_init();
573     init_IRQ();
        /* 初始化hash表，便于从进程的PID获得对应的进程描述符指针 */
574     pidhash_init();
        /* 初始化定时器相关的数据结构 */
575     init_timers();
        /* 对高精度时钟进行初始化 */
576     hrtimers_init();
        /* 初始化tasklet_softirq和hi_softirq */
577     softirq_init();
578     timekeeping_init();
        /* 初始化系统时钟源 */
579     time_init();
        /* 对内核的profile（一个内核性能调式工具）功能进行初始化 */
580     profile_init();
581     if (!irqs_disabled())
582         printk("start_kernel(): bug: interruptswere enabled early\n");
583     early_boot_irqs_on();
584     local_irq_enable();
585
586     /*
587      * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before
588      * we've done PCI setups etc, and console_init()must be aware of
589      * this. But we do want output early, incase something goes wrong.
590      */
        /*
         * 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
         */
591     console_init();
592     if (panic_later)
593         panic(panic_later, panic_param);
594
        /* 如果定义了CONFIG_LOCKDEP宏，则打印锁依赖信息，否则什么也不做 */
595     lockdep_info();
596
597     /*
598      * Need to run this when irqs are enabled, because it wants
599      * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs
600      * too:
601      */
602     locking_selftest();
603
604 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
605     if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&
606             initrd_start < min_low_pfn << PAGE_SHIFT) {
607         printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "
608             "disabling it.\n",initrd_start,min_low_pfn << PAGE_SHIFT);
609         initrd_start = 0;
610     }
611 #endif
        /* 虚拟文件系统的初始化 */
612     vfs_caches_init_early();
613     cpuset_init_early();
614     mem_init();
        /* slab初始化 */
615     kmem_cache_init();
616     setup_per_cpu_pageset();
617     numa_policy_init();
618     if (late_time_init)
619         late_time_init();
        /*
         * 一个非常有趣的CPU性能测试函数，可以计算出CPU在1s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的意思），
         */
620     calibrate_delay();
621     pidmap_init();
        /* 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 */
622     pgtable_cache_init();
        /* 初始化优先级树index_bits_to_maxindex数组 */
623     prio_tree_init();
624     anon_vma_init();
625 #ifdef CONFIG_X86
626     if (efi_enabled)
627         efi_enter_virtual_mode();
628 #endif
        /* 根据物理内存大小计算允许创建进程的数量 */
629     fork_init(num_physpages);
        /*
         * proc_caches_init()，buffer_init()，unnamed_dev_init()， key_init()
         *
         */
630     proc_caches_init();
631     buffer_init();
632     unnamed_dev_init();
633     key_init();
634     security_init();
635     vfs_caches_init(num_physpages);
636     radix_tree_init();
637     signals_init();
638     /* rootfs populating might need page-writeback */
639     page_writeback_init();
640 #ifdef CONFIG_PROC_FS
641     proc_root_init();
642 #endif
643     cpuset_init();
644     taskstats_init_early();
645     delayacct_init();
646
        /*
         * 测试该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
         * 使用它们的工作。
         */
647     check_bugs();
648
649     acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */
650
651     /* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */
        /* 创建init进程 */
652     rest_init();