arm Linux系统启动之----start_kernel函数

 

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 | // +------------------+-----------------+---------------------------------+ // |thread_info | | STACK_END_MAGIC | var/call chain |stack_canary | // +------------------+-----------------+---------------------------------+ // | 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(); }