linux 3.6 启动源码分析(二) start_kernel

转载地址：http://blog.youkuaiyun.com/qing_ping/article/details/17351017

在构架相关的汇编代码运行完之后，程序跳入了构架无关的内核C语言代码：init/main.c中的start_kernel函数，在这个函数中Linux内核开始真正进入初始化阶段，

进行一系列与内核相关的初始化后，调用第一个用户进程－init 进程并等待用户进程的执行，这样整个 Linux 内核便启动完毕。该函数所做的具体工作有：

1) 调用 setup_arch()函数进行与体系结构相关的第一个初始化工作；

对不同的体系结构来说该函数有不同的定义。对于 ARM 平台而言，该函数定义在arch/arm/kernel/Setup.c。它首先通过检测出来的处理器类型进行处理器内核的初始化，然后通过 bootmem_init()函数根据系统定义的 meminfo 结构进行内存结构的初始化，最后调用paging_init()开启 MMU，创建内核页表，映射所有的物理内存和 IO空间。

2) 创建异常向量表和初始化中断处理函数；

3) 初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制；

4) 初始化串口控制台（serial-console）；

5) 创建和初始化系统 cache，为各种内存调用机制提供缓存，包括;动态内存分配，虚拟文件系统（VirtualFile System）及页缓存。

6) 初始化内存管理，检测内存大小及被内核占用的内存情况；

7) 初始化系统的进程间通信机制（IPC）

[cpp] view plain copy

print ?

1. asmlinkage void __init start_kernel(void)  
2. {  
3.     char  command_line;  
4.     extern const struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];  
5.     /这两个变量为地址指针，指向内核启动参数处理相关结构体段在内存中的位置（虚拟地址）。 
6.     声明传入参数的外部参数对于ARM平台，位于 include\asm-generic\vmlinux.lds.h*/  
7.     / 
8.       Need to run as early as possible, to initialize the 
9.       lockdep hash: 
10.      lockdep是一个内核调试模块，用来检查内核互斥机制（尤其是自旋锁）潜在的死锁问题。 
11.      /  
12.     lockdep_init();//初始化内核依赖的关系表，初始化hash表  
13.     smp_setup_processor_id();//获取当前CPU,单处理器为空  
14.     debug_objects_early_init();//对调试对象进行早期的初始化,其实就是HASH锁和静态对象池进行初始化  
15.   
16.     / 
17.       Set up the the initial canary ASAP: 
18.      初始化栈canary值 
19.      canary值的是用于防止栈溢出攻击的堆栈的保护字 。 
20.      /  
21.     boot_init_stack_canary();  
22.     /*1.cgroup: 它的全称为control group.即一组进程的行为控制.  
23.     2.该函数主要是做数据结构和其中链表的初始化  
24.     3.参考资料： Linux cgroup机制分析之框架分析 
25.     /  
26.     cgroup_init_early();  
27.   
28.     local_irq_disable();//关闭系统总中断（底层调用汇编指令）  
29.     early_boot_irqs_disabled = true;  
30.   
31. / 
32.   Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then 
33.   enable them 
34.  /  
35.     tick_init();//1.初始化内核时钟系统  
36.     boot_cpu_init();//1.激活当前CPU（在内核全局变量中将当前CPU的状态设为激活状态）  
37.     page_address_init();//高端内存相关，未定义高端内存的话为空函数  
38.     printk(KERN_NOTICE ”%s”, linux_banner);  
39.     /1.内核构架相关初始化函数,可以说是非常重要的一个初始化步骤。 
40.     其中包含了处理器相关参数的初始化、内核启动参数（tagged list）的获取和前期处理、 
41.     内存子系统的早期的初始化（bootmem分配器）。 主要完成了4个方面的工作，一个就是取得MACHINE和PROCESSOR的信息然或将他们赋值 
42.     给kernel相应的全局变量，然后呢是对boot_command_line和tags接行解析，再然后呢就是 
43.     memory、cach的初始化，最后是为kernel的后续运行请求资源″*/  
44.     setup_arch(&command_line);  
45.     /1.初始化代表内核本身内 
46.     存使用的管理结构体init_mm。  
47.     2.ps：每一个任务都有一个mm_struct结构以管理内存空间，init_mm是内核的mm_struct，其中：  
48.     3.设置成员变量 mmap指向自己，意味着内核只有一个内存管理结构;  
49.     4.设置 pgd=swapper_pg_dir，swapper_pg_dir是内核的页目录(在arm体系结构有16k， 所以init_mm定义了整个kernel的内存空间)。  
50.     5.这些内容涉及到内存管理子系统/  
51.     mm_init_owner(&init_mm, &init_task);  
52.     mm_init_cpumask(&init_mm);//初始化CPU屏蔽字  
53.     /1.对cmdline进行备份和保存：保存未改变的comand_line到字符数组static_command_line［］ 中。保存  boot_command_line到字符数组saved_command_line［］中 
54.     /  
55.     setup_command_line(command_line);  
56.   
57.     /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。 
58.     /  
59.     /下面三段1.针对SMP处理器的内存初始化函数，如果不是SMP系统则都为空函数。 (arm为空)  
60.     2.他们的目的是给每个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变量申请空间并为boot CPU设置一些数据。  
61.     3.在SMP系统中，在引导过程中使用的CPU称为boot CPU/  
62.     setup_nr_cpu_ids();  
63.     setup_per_cpu_areas();  
64.     smp_prepare_boot_cpu(); / arch-specific boot-cpu hooks /  
65.   
66.   
67.     build_all_zonelists(NULL, NULL);//  建立系统内存页区(zone)链表  
68.   
69.     page_alloc_init();//内存页初始化  
70.   
71.   
72.     printk(KERN_NOTICE ”Kernel command line: %s\n”, boot_command_line);  
73.     parse_early_param();//  解析早期格式的内核参数  
74.     /函数对Linux启动命令行参数进行在分析和处理, 
75.     当不能够识别前面的命令时，所调用的函数。/  
76.     parse_args(”Booting kernel”, static_command_line, __start___param,  
77.            __stop___param - __start___param,  
78.            -1, -1, &unknown_bootoption);  
79.     jump_label_init();  
80.     / 
81.       These use large bootmem allocations and must precede 
82.       kmem_cache_init() 
83.      /  
84.     setup_log_buf(0);  
85.     /初始化hash表，以便于从进程的PID获得对应的进程描述指针，按照开发办上的物理内存初始化pid hash表 
86.     /  
87.     pidhash_init();  
88.     vfs_caches_init_early();//建立节点哈希表和数据缓冲哈希表  
89.     sort_main_extable();//对异常处理函数进行排序  
90.     trap_init();//初始化硬件中断  
91.     mm_init();//    Set up kernel memory allocators     建立了内核的内存分配器  
92.     / 
93.       Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the 
94.       timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init() 
95.       time - but meanwhile we still have a functioning scheduler. 
96.      /  
97.     sched_init();  
98.     / 
99.       Disable preemption - early bootup scheduling is extremely 
100.       fragile until we cpu_idle() for the first time. 
101.      /  
102.     preempt_disable();//禁止调度  
103.     //  先检查中断是否已经打开，若打开，输出信息后则关闭中断。  
104.     if (!irqs_disabled()) {  
105.         printk(KERN_WARNING ”start_kernel(): bug: interrupts were ”  
106.                 ”enabled *very early, fixing it\n”);  
107.         local_irq_disable();  
108.     }  
109.     idr_init_cache();//创建錳dr缓冲区  
110.     perf_event_init();  
111.     rcu_init();//互斥访问机制  
112.     radix_tree_init();  
113.     / init some links before init_ISA_irqs() /  
114.     early_irq_init();  
115.     init_IRQ();//中断向量初始化  
116.     prio_tree_init();//初始化优先级数组  
117.     init_timers();//定时器初始化  
118.     hrtimers_init();//高精度时钟初始化  
119.     softirq_init();//软中断初始化  
120.     timekeeping_init();//   初始化资源和普通计时器  
121.     time_init();  
122.     profile_init();//   对内核的一个性能测试工具profile进行初始化。  
123.     call_function_init();  
124.     if (!irqs_disabled())  
125.         printk(KERN_CRIT ”start_kernel(): bug: interrupts were ”  
126.                  ”enabled early\n”);  
127.     early_boot_irqs_disabled = false;  
128.     local_irq_enable();//使能中断  
129.     kmem_cache_init_late();//kmem_cache_init_late的目的就在于完善slab分配器的缓存机制.  
130.   
131.     / 
132.       HACK ALERT! This is early. We’re enabling the console before 
133.       we’ve done PCI setups etc, and console_init() must be aware of 
134.       this. But we do want output early, in case something goes wrong. 
135.      /  
136.     console_init();//初始化控制台以显示printk的内容  
137.     if (panic_later)  
138.         panic(panic_later, panic_param);  
139.   
140.     lockdep_info();//   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  
141.   
142.     / 
143.       Need to run this when irqs are enabled, because it wants 
144.       to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs 
145.       too: 
146.      /  
147.     locking_selftest();  
148. #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD  
149.     if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&  
150.         page_to_pfn(virt_to_page((void )initrd_start)) < min_low_pfn) {  
151.         printk(KERN_CRIT ”initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - ”  
152.             ”disabling it.\n”,  
153.             page_to_pfn(virt_to_page((void )initrd_start)),  
154.             min_low_pfn);  
155.         initrd_start = 0;  
156.     }  
157. #endif  
158.     page_cgroup_init();  
159.     debug_objects_mem_init();  
160.     kmemleak_init();  
161.     setup_per_cpu_pageset();  
162.     numa_policy_init();  
163.     if (late_time_init)  
164.         late_time_init();  
165.     sched_clock_init();  
166.     calibrate_delay();//校准延时函数的精确度  
167.     pidmap_init();//进程号位图初始化，一般用一个錺age来表示所有进程的錺id占用情况  
168.     anon_vma_init();    //  匿名虚拟内存域（ anonymous VMA）初始化  
169. #ifdef CONFIG_X86  
170.     if (efi_enabled)  
171.         efi_enter_virtual_mode();  
172. #endif  
173.     thread_info_cache_init();//获取thread_info缓存空间，大部分构架为空函数（包括ARM  
174.     cred_init();    //任务信用系统初始化。详见：Documentation/credentials.txt  
175.     fork_init(totalram_pages);  //进程创建机制初始化。为内核”task_struct”分配空间，计算最大任务数。  
176.     proc_caches_init(); //初始化进程创建机制所需的其他数据结构，为其申请空间。  
177.     buffer_init();  //缓存系统初始化，创建缓存头空间，并检查其大小限时。  
178.     key_init(); //内核密钥管理系统初始化  
179.     security_init();    //内核安全框架初始?  
180.     dbg_late_init();  
181.     vfs_caches_init(totalram_pages);vfs_caches_init(totalram_pages);//虚拟文件系统（VFS）缓存初始化  
182.     signals_init();//信号管理系统初始化  
183.     / rootfs populating might need page-writeback /  
184.     page_writeback_init();//页写回机制初始化  
185. #ifdef CONFIG_PROC_FS  
186.     proc_root_init();//proc文件系统初始化  
187. #endif  
188.     cgroup_init();//control group正式初始化  
189.     cpuset_init();//CPUSET初始化。 参考资料：《多核心計算環境—NUMA與CPUSET簡介》  
190.     taskstats_init_early(); //任务状态早期初始化函数：为结构体获取高速缓存，并初始化互斥机制。  
191.     delayacct_init();   //任务延迟初始化  
192.               
193.     check_bugs();//检查CPU BUG的函数，通过软件规避BUG  
194.     acpi_early_init(); / before LAPIC and SMP initACPI早期初始化函数。 ACPI - Advanced Configuration and Power Interface高级配置及电源接口 /  
195.     sfi_init_late();//功能跟踪调试机制初始化，ftrace 是 function trace 的简称  
196.   
197.     if (efi_enabled)  
198.         efi_free_boot_services();  
199.     ftrace_init();  
200.     / Do the rest non-__init’ed, we’re now alive /  
201.     rest_init();// 虽然从名字上来说是剩余的初始化。但是这个函数中的初始化包含了很多的内容  
202. }  

在看完上面的代码之后，你会发现内容很多。但是归纳起来，我认为需要注意的有以下几点： 

 1.内核启动参数的获取和处理

 2.setup_arch(&command_line);函数

 3.内存管理的初始化（从bootmem到slab）

 4.各种内核体系的初始化

 5.rest_init();函数