linux内核学习篇 --linux内核启动流程

一，从电源启动到BIOS

1,操作系统分界线：内核态和用户态，从实时模式（物理内存）到保护模式（虚拟内存）变化。

保护模式：全部使用虚拟内存、页等机制对内存进行保护。相比实时模式更加安全可靠，同时也增加扩展性和灵活性。

实时模式：在此模式下地址访问为真实内存地址所在位置，软件可以不受限制操作所有地址的空间和IO设备。

2，从启动电源到BIOS：按下电源-->主板会向电源组发出信号-->接收到信号后。当主板收到电源正常启动的信号后，主板就会启动CPU（CPU重置所有寄存器数据，并且初始化数据）。

比如32位系统：实时模式采用内存段来管理0---0xfffff的这1MB内存空间，但是只有16位寄存器，所有最大地址只能表示0xFFFFF（64KB）

二，从BIOS到BootLoader

1，BIOS执行程序存储在ROM中，起始位置为0xFFFF0。当CS:IP指向此位置时，BIOS开始执行。  BIOS主要包括内存映射。

2，BIOS程序会选择一个启动设备，并将控制权转交给启动扇区的代码，主要工作使用中断向量和中断服务程序完成Bootloader的加载，最终将boot.img加载到0X7c00的位置启动。

linux内核通过Boot protocol定义如何实现此引导程序。

三，Bootloader工作加载流程

1，boot.img由boot.S编译而成，512字节，安装在启动盘的第一个扇区，即MBR。由于空间大小有限，代码简单只是作为一个引导的作用。

加载core之后启动main() -->初始化控制台，计算模块及地址，设置root设备，读取grub配置文件，加载模块。

总结：按下电源开关加载完毕bootloader整个过程，后面分析从实时模式进入保护模式，从而启动内核创建0号、1号、2号进程的整个过程。

四，linux内核运行原理机制

        必须通过main（）函数完成一系列的初始化之后才会打开新的终端，从而使内核模式正式运行，这个部分包括：为进程0建立内核态对栈-->清零eflags寄存器-->调用setup_idt()的中断处理程序填充IDT-->把BIOS中获得的参数传给第一个页框-->用GDT和IDT表填充寄存器。完成整个工作之后内核就正式运行（开始创建0号进程）。

 

五，linux内核锁部分

1，atomic原子变量

2，spinlock自旋锁

3，semaphore信号量

4，mutex互斥锁

5，rw-lock读写锁

6，preempt抢占

7，per-cpu变量

8，RCU机制(read-copy update)

9，内存屏障（memory-barrier）

具体使用层次框架如下：

程序运行过程中，对内存访问不一定按照代码编写顺序来处理：

①编译器对代码进行优化

②多CPU架构存在指令乱序访问内存的可能性