嵌入式 hi3518c内核start_kernel函数小议

我们先来看源码，有代码才有说服力哦：

1.asmlinkage void __init start_kernel(void)

2. {

3.     char * command_line;

4.     extern const struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];

5. 

6.     smp_setup_processor_id(); //确定SMP系统中每个CPU的id

7. 

8.     /*

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

10.      * lockdep hash:

11.      */

12.     lockdep_init(); //初始化互斥锁的dependency。

13.     debug_objects_early_init(); //初始化debug kernel相关

14. 

15.     /*

16.      * Set up the the initial canary ASAP:

17.      */

18.     boot_init_stack_canary(); //stack_canary的是带防止栈溢出攻击保护的堆栈。

19. 

20.     cgroup_init_early(); //cgroup是什么？？有待查找

21. 

22.     local_irq_disable(); //这个太直白了。

23.     early_boot_irqs_off(); //这个也很直白。

24. 

25. /*

26.  * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then

27.  * enable them

28.  */

29.     tick_init(); //初始化time ticket，时钟

30.     boot_cpu_init(); //用以启动的CPU进行初始化。也就是初始化CPU0

31.     page_address_init();//初始化页面

32.     printk(KERN_NOTICE "%s", linux_banner);

33.     setup_arch(&command_line); //CPU架构相关的初始化

34.     mm_init_owner(&init_mm, &init_task); //初始化内存管理

35.     setup_command_line(command_line); //处理启动命令行

36.     setup_nr_cpu_ids(); //nr_cpu_id是什么？

37.     setup_per_cpu_areas(); //为每个CPU开辟一块区域？

38.     smp_prepare_boot_cpu();//准备boot_cpu.   /* arch-specific boot-cpu hooks */ 

39. 

40.     build_all_zonelists(NULL); //建立什么样的zone??

41.     page_alloc_init(); //初始化page allocation相关结构

42. 

43.     printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s\n", boot_command_line);

44.     parse_early_param(); 

45.     parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,

46.          __stop___param - __start___param,

47.          &unknown_bootoption);//解析启动参数

48.     /*

49.      * These use large bootmem allocations and must precede

50.      * kmem_cache_init()

51.      */

52.     pidhash_init();//初始化process ID hash表

53.     vfs_caches_init_early(); //文件系统caches预初始化

54.     sort_main_extable(); //初始化exception table

55.     trap_init(); //初始化trap，用以处理错误执行代码

56.     mm_init(); //初始化内存管理

57.     /*

58.      * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the

59.      * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()

60.      * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.

61.      */

62.     sched_init(); //进程调度初始化

63.     /*

64.      * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely

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

66.      */

67.     preempt_disable(); //这个是什么东东？

68.     if (!irqs_disabled()) {

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

70.                 "enabled *very* early, fixing it\n");

71.         local_irq_disable();

72.     }

73.     rcu_init(); //Read_Copy_Update机制初始

74.     radix_tree_init(); //什么是radlx_tree

75.     /* init some links before init_ISA_irqs() */

76.     early_irq_init();

77.     init_IRQ(); //初始化中断

78.     prio_tree_init(); //这是啥？以后要弄懂

79.     init_timers(); //初始化时钟

80.     hrtimers_init();//初始化高精时钟

81.     softirq_init();//初始化软中断

82.     timekeeping_init();//初始化时钟源

83.     time_init();//初始化时间例程

84.     profile_init(); //Profile?这是什么profile?

85.     if (!irqs_disabled())

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

87.                  "enabled early\n");

88.     early_boot_irqs_on();

89.     local_irq_enable();

90. 

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

92.     gfp_allowed_mask = __GFP_BITS_MASK;

93. 

94.     kmem_cache_init_late();//初始化CPU Cache

95. 

96.     /*

97.      * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before

98.      * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of

99.      * this. But we do want output early, in case something goes wrong.

100.      */

101.     console_init(); //初始化console

102.     if (panic_later)

103.         panic(panic_later, panic_param);

104. 

105.     lockdep_info();

106. 

107.     /*

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

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

110.      * too:

111.      */

112.     locking_selftest(); //自测试锁

113. 

114. #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD

115.     if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&

116.      page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {

117.         printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "

118.          "disabling it.\n",

119.          page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),

120.          min_low_pfn);

121.         initrd_start = 0;

122.     }

123. #endif

124.     page_cgroup_init(); //页面初始

125.     enable_debug_pagealloc(); //页面分配debug启用

126.     kmemleak_init(); //memory leak 侦测初始化

127.     debug_objects_mem_init(); //debug object是什么？

128.     idr_init_cache(); //idr是什么？ 

129.     setup_per_cpu_pageset(); //设置每个CPU的页面集合

130.     numa_policy_init();// NUMA (Non Uniform Memory Access) policy 
131.     if (late_time_init)

132.         late_time_init();

133.     sched_clock_init();//初始化调度时钟

134.     calibrate_delay(); //协同不同CPU的时钟
135.     pidmap_init();//pid是process id还是processor id?

136.     anon_vma_init();//anonymous page?什么意思？

137. #ifdef CONFIG_X86

138.     if (efi_enabled)

139.         efi_enter_virtual_mode();

140. #endif

141.     thread_info_cache_init(); //初始化thread info

142.     cred_init(); //credential

143.     fork_init(totalram_pages); //初始化fork

144.     proc_caches_init(); //初始化/proc的cache?

145.     buffer_init(); // buffer

146.     key_init(); //key

147.     security_init();//security

148.     dbg_late_init();//debug

149.     vfs_caches_init(totalram_pages);//文件系统cache初始化

150.     signals_init();//signal

151.     /* rootfs populating might need page-writeback */

152.     page_writeback_init();page_writeback

153. #ifdef CONFIG_PROC_FS

154.     proc_root_init();

155. #endif

156.     cgroup_init(); //cgroup?

157.     cpuset_init(); //cpuset

158.     taskstats_init_early(); //task

159.     delayacct_init();

160. 

161.     check_bugs(); //检查什么bug?

162. 

163.     acpi_early_init();//acpi /* before LAPIC and SMP init */ 

164.     sfi_init_late(); //simple firmware interface

165. 

166.     ftrace_init();

167. 

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

169.     rest_init();

170. }

 

下面进行一下重要函数的解析：

start_kernel()函数位于init/main.c中，是引导过程中最重要的一个函数，就像它的名字一样，它初始化了内核所有的功能。
　　 1，调用lock_kernel（），防止内核被意外抢断，定义在lib/kernel_lock.c中。在SMP或者抢断式调度环境中，内核可以被抢断。内核初始化时，功能还不完善，为防止此种情况发生，使用称为Big Kernel Lock的spinlock。spinlock是一种忙等待锁，如果等待周期不是很长，它比信号有效，因为信号会造成进程调度。Big Kernel Lock只在内核初始化时使用,当初始化结束后，该锁被释放。
　　 2，page_address_init()函数初始化页管理，创建了页管理所需的数据结构，定义在mm/highmem.c中。
　　 3，输出内核版本信息，执行了两个内核输出语句printk(KERN_NOTICE)和printk(linux_banner)。因为此时还没有初始化控制台，所以这些信息不能输出到屏幕上或者输出到串口上，而是输出到一个buffer中。printk()函数定义在kernel/printk.c 中，KERN＿NOTICE宏定义在include/linux/kernel.h中，值为"<5>"。linux_banner定义在 init/version.c中，在我的实验环境中是这样的一个字符串：Linux version 2.6.28 (zctan@dbgkrnl) (gcc version 4.3.0 20080428 (Red Hat 4.3.0-8) (GCC) ) #1 SMP Sun Feb 8 20:56:17 CST 2009。
　　 4，setup_arch()，位于arch/x86/kernel/setup.c，初始化了许多体系结构相关的子系统。
　　 5，setup_per_cpu_area()，定义在arch/x86/kernel/setup_percpu.c中，如果是SMP环境，则为每个CPU创建数据结构，分配初始工作内存。
　　 6，smp_prepare_boot_cpu()，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。
　　 7，sched_init()，定义在kernel/sched.c。初始化每个CPU的运行队列和超时队列。Linux使用多优先级队列的调度方法，就绪进程位于运行队列中。
　　 8，build_all_zonelists()，定义在mm/page_alloc.c中，建立内存区域链表。Linux将所有物理内存分为三个区，ZONE_DMA, ZONE_NORMAM, ZONE_HIGHMEM。
　　 9，trap_init()，定义在arch/x86/kernel/traps_32.c中，初始化IDT, 如除0错，缺页中断等。
　　 10，rcu_init()，定义在kernel/rcupdate.c中，初始化Read-Copy-Update子系统。当使用spinlock会造成效率低下时，RCU被用来实现临界区的互斥。
　　 11，init_IRQ()，定义在arch/x86/kernel/paravirt.c中，初始化中断控制器。
　　 12，pidhash_init()，定义在kernel/pid.c中，Linux的进程描述符称为PID, 使用名称空间以及hash表来管理。
　　 13，init_timers()，定义在kernel/timer.c中，初始化定时器。
　　 14，softirq_init()，定义在kernel/softirq.c中，初始化中断子系统，如softirq, tasklet。
　　 15，time_init()，定义在arch/x86/kernel/time_32.c中，初始化系统时间。
　　 16，profile_init()，定义在kernel/profile.c中，为profiling data分配存储空间。Profiling data这个术语描述在程序运行过程中采集到的一些数据，用于性能的分析。
　　 17，local_irq_enable()，定义在include/linux/irqflags.h中，开启引导CPU的中断。
　　 18，console_init()，定义在drivers/char/tty_io.c中，初始化控制台，可以是显示器也可以是串口。此时屏幕上才会有输出，前面printk输出到buffer中的内容会在这里全部输出。
　　 19，initrd检测。如果定义了Init Ram Disk，则检测其是否有效。
　　 20，mem_init()，定义在arch/x86/mm/init_32.c，检测所有可用物理页。
　　 21，pgtable_cache_init()，定义在include/asm-x86/pgtable_32.h，在slab存储管理子系统中创建页目录页表的cache。
　　 22，fork_init()，定义在kernel/fork.c中，初始化多进程环境。此时，执行start_kernel的进程就是所谓的进程0。
　　 23，buffer_init()，定义在fs/buffer.c中，初始化文件系统的缓冲区。
　　 24，vfs_cache_init()，定义在fs/dcache.c中，创建虚拟文件系统的Slab Cache。
　　 25，radix_tree_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。
　　 26，signals_init()，定义在kernel/signal.c中，初始化信号队列。
　　 27，page_writeback_init()，定义在mm/page-writeback.c中，初始化将脏页页同步到磁盘上的控制信息。
　　 28，proc_root_init()，定义在fs/proc/root.c, 初始化proc文件系统
　　 29，rest_init()，定义在init/main.c中，创建init内核线程（也就是进程1）。init进程创建成功后，进程0释放Big Kernel Lock，重新调度（因为现在只有两个进程，所以调度的是init进程）。进程0，就变成了idle进程，只负责调度。
　　 注：start＿kernel函数涉及到很多内容和硬件知识，比如SMP等，有很多是我不知道的，所以只能简要的从功能上说明一下，有些可能理解错了，也会略过一些函数，请见谅。
　　六，init进程
　　 init进程执行定义在init/main.c中的kernel_init()函数，完成余下的初始化工作。
　　 1，lock_kernel()，加上Big Kernel Lock。
　　 2，初始化SMP环境。
　　 3，do_basic_setup()。调用driver_init()，加载设备驱动程序。执行do_initcalls()，调用内建模块的初始化函数，比如kgdb。
　　 4，init_post()函数会打开/dev/console做为标准输入文件，并复制出标准输出和标准错误输出。最后，按下列顺序偿试执行init程序，位于ramdisk的/init,以及磁盘上的/sbin/init, /etc/init, /bin/init和/bin/sh, 只要有一个能执行就可以。init进程会使用类exec()去调用其它进程，因而不会返回。

CPU初始化

smp_setup_processor_id()

boot_cpu_init()

setup_arch(&command_line);

setup_nr_cpu_ids()

setup_per_cpu_areas()

smp_prepare_boot_cpu()

setup_per_cpu_pageset();

calibrate_delay();

cpuset_init();

内存管理初始化

boot_init_stack_canary()

page_address_init();

mm_init_owner();

page_alloc_init();

mm_init();

rcu_init();

kmem_cache_init_late();

page_cgroup_init();

kmemleak_init();

numa_policy_init();

anon_vma_init();

page_writeback_init();

进程管理

pidhash_init();

sched_init();

sched_clock_init()

pidmap_init();

fork_init(totalram_pages);

taskstats_init_early();

文件系统

vfs_caches_init_early();

thread_info_cache_init();

vfs_caches_init(totalram_pages);

中断

early_irq_init();

init_IRQ();

softirq_init();

同步互斥

lockdep_init();

lockdep_info();

locking_selftest();

时钟

tick_init();

init_timers();

hrtimers_init();

timekeeping_init();

time_init();

调试

debug_objects_early_init();

console_init();

enable_debug_pagealloc();

debug_objects_mem_init();

dbg_late_init();

其他

sort_main_extable();

trap_init();

efi_enter_virtual_mode();

cred_init();

proc_caches_init();

buffer_init();

key_init();

security_init();

signals_init();

proc_root_init();

delayacct_init();

check_bugs();

acpi_early_init();

sfi_init_late();

未知

cgroup_init_early();

build_all_zonelists(NULL);

preempt_disable();

radix_tree_init();

prio_tree_init();

profile_init();

idr_init_cache();

cgroup_init();

ftrace_init();