内核启动阶段kernel_init（init）进程分析

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本文详细解析了Linux内核启动阶段的关键步骤，包括启动kernel_init进程、打开控制台设备、挂载根文件系统及启动init进程的过程。揭示了如何通过一系列初始化操作使操作系统能够顺利运行。

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内核启动阶段kernel_init（init）进程分析

在kernel进入c语言阶段后，会开始执行start_kernel函数，它负责进行kernel正式运行前各个功能的初始化：打印了一些信息、内核工作需要的模块的初始化被依次调用（譬如内存管理、调度系统、异常处理···），最后末尾调用了一个rest_init函数启动了三个进程（idle、kernel_init、kthreadd），来开启操作系统的正式运行。如下图所示：
这里写图片描述

idle是操作系统的空闲进程，当cpu空闲的时候会去运行它
kernel_init最开始只是一个函数，这个函数作为进程被启动，但是之后它将读取根文件系统下的init程序，这个操作将完成从内核态到用户态的转变，而这个init进程是所有用户态进程的父进程，它生了大量的子进程，所以init进程将永远存在，其PID是1
kthreadd是内核守护进程，其PID为2

接下来就开始分析kernel_init进程（函数）

1.打开控制台设备

    if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
        printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

    (void) sys_dup(0);
    (void) sys_dup(0);

首先打开了/dev/console文件，在Linux中一切皆是文件，所以/dev/console文件代表的是控制台设备（其实就是串口）
在Linux中，进程打开文件后会获得该文件的文件描述符。这里kernel_init进程就得到了控制台的文件描述符，然后又使用sys_dup复制了2次….一共得到了3个文件描述符。这三个文件描述符分别是0、1、2.这三个文件描述符就是所谓的：标准输入、标准输出、标准错误
之后kernel_init所有的子进程都将继承这3个文件描述符，也就是说后面所有的进程一生出来，就默认拥有标准输入、标准输出、标准错误的文件描述符
其实这一步的根本目的就是传承这3个文件描述符、

2.挂载根文件系统

    if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {
        ramdisk_execute_command = NULL;
        prepare_namespace();
    }

prepare_namespace这个函数负责挂载根文件系统
如果内核挂载根文件系统成功，则会打印出：VFS: Mounted root (xxxx filesystem) on device xxxx.
如果挂载根文件系统失败，则会打印：No filesystem could mount root, tried: xxxx
一般来说，挂载根文件系统失败的原因有：1.U-boot的环境变量bootargs设置不对，导致传递了错误的参数给kernel；2.还有一定几率是烧录根文件系统的时候出错，这个纯粹是运气问题；3.根文件系统本身制作有问题

3.启动init进程

    init_post();

调用了init_post来启动init进程，这个函数主要内容为

    if (ramdisk_execute_command) {
        run_init_process(ramdisk_execute_command);
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
                ramdisk_execute_command);
    }

    /*
     * We try each of these until one succeeds.
     *
     * The Bourne shell can be used instead of init if we are
     * trying to recover a really broken machine.
     */
    if (execute_command) {
        run_init_process(execute_command);
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting "
                    "defaults...\n", execute_command);
    }
    run_init_process("/sbin/init");
    run_init_process("/etc/init");
    run_init_process("/bin/init");
    run_init_process("/bin/sh");

    panic("No init found.  Try passing init= option to kernel. "
          "See Linux Documentation/init.txt for guidance.");

这个函数会去根文件系统中寻找init程序，具体路径由U-boot的环境变量bootargs提供，一旦init程序被找到，就会启动init进程（该可执行程序的文件名不一定叫init），然后操作系统正式运行，至此一去不复返
如果U-boot的环境变量bootargs没有传过来路径，或者路径中找不到，或者执行出错，那么kernel还留了一手以防万一。init_post函数尾部有四个run_init_process函数，它们会去4个地方看看有没有init程序，如果以上都不成功，就启动失败了
其实这个init程序一般来说是根文件目录下的linuxrc，linuxrc是一个符号链接，指向了busybox。说到底init进程就是busybox