Linux內(nèi)核啟動(dòng)流程我們分上下兩篇來(lái)理解：

上篇是板級(jí)引導(dǎo)階段，一般是用匯編實(shí)現(xiàn)。

下篇是通用內(nèi)核啟動(dòng)階段，一般是C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

本文先講解上篇，大家看到匯編不用擔(dān)心看不懂，在內(nèi)核啟動(dòng)階段，沒(méi)有特別復(fù)雜的流程，都是順序執(zhí)行，只需一句一句閱讀代碼即可。

如何理解板級(jí)引導(dǎo)階段？Linux內(nèi)核支持不同的芯片架構(gòu)，比如我們熟知的ARM架構(gòu)、Intel的X86架構(gòu)、MPIS架構(gòu)、RISC-V架構(gòu)等等，可以在Linux內(nèi)核源碼的arch目錄看到不同的芯片架構(gòu)源碼放在對(duì)應(yīng)的文件夾內(nèi)。每種芯片架構(gòu)的目錄下都包含boot、configs、kernel、lib、Kconfig等文件或目錄。

我們以ARM為例，源碼放在arch/arm目錄下，如下圖所示。

1、文件入口

ARM架構(gòu)的Linux內(nèi)核的鏈接腳本文件放在arch/arm/kernel/vmlinux.lds，鏈接腳本定義了整個(gè)內(nèi)核編譯之后的鏈接過(guò)程，決定了一個(gè)可執(zhí)行程序文件的入口和各個(gè)section的存儲(chǔ)位置。Line 21的OUTPUT_ARCH(arm)指示了該鏈接腳本針對(duì)的是ARM芯片架構(gòu)，Line 22的ENTRY(stext)指明了內(nèi)核入口為stext。因此，我們分析Linux內(nèi)核啟動(dòng)流程，就從stext入口分析。

2、函數(shù)入口

ENTRY(stext)是Linux內(nèi)核的入口函數(shù)，該函數(shù)定義在arch/arm/kernel/head.S文件。

根據(jù)代碼注釋，stext是Kernel startup entry point，一般地，它從解壓代碼中獲取，這里解壓代碼是指按照Linux內(nèi)核壓縮格式提取內(nèi)核可執(zhí)行文件，它的啟動(dòng)要求如下：

• 關(guān)閉MMU
• 關(guān)閉D-cache
• 不關(guān)心I-cache
• R0=0
• R1=機(jī)器ID
• R2=atags或設(shè)備樹(shù)文件地址

3、調(diào)用safe_svcmode_maskall函數(shù)，確保安全進(jìn)入SVC模式并屏蔽所有中斷

4、獲取處理器ID并找到對(duì)應(yīng)的procinfo

主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)是__lookup_processor_type。

Linux 內(nèi)核將每種處理器都抽象為一個(gè)struct proc_info_list，因此可以通過(guò)process id 來(lái)找到對(duì)應(yīng)的 proc_info 結(jié)構(gòu)，__lookup_processor_type 函數(shù)在__lookup_processor_type_data中找到對(duì)應(yīng)處理器的 proc info，將其保存到 R5 寄存器中。

5、調(diào)用函數(shù)__vet_atags 驗(yàn)證 atags 或設(shè)備樹(shù)(dtb)的合法性

6、調(diào)用__create_page_tables創(chuàng)建頁(yè)表

7、準(zhǔn)備啟動(dòng)start_kernel

start_kernel函數(shù)是在__mmap_switched函數(shù)內(nèi)調(diào)用的。

上圖的line 146指示將__mmap_switched的地址賦給R13，在line 158的__enable_mmu函數(shù)內(nèi)的__turn_mmu_on函數(shù)內(nèi)執(zhí)行R13，成功進(jìn)入start_kernel.

__INIT
__mmap_switched:


  mov  r7, r1
  mov  r8, r2
  mov  r10, r0


  adr  r4, __mmap_switched_data
  mov  fp, #0


#if defined(CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA)
   ARM(  ldr  sp, [r4], #4 )
 THUMB(  ldr  sp, [r4] )
 THUMB(  add  r4, #4 )
  bl  __inflate_kernel_data    @ decompress .data to RAM
  teq  r0, #0
  bne  __error
#elif defined(CONFIG_XIP_KERNEL)
   ARM(  ldmia  r4!, {r0, r1, r2, sp} )
 THUMB(  ldmia  r4!, {r0, r1, r2, r3} )
 THUMB(  mov  sp, r3 )
  sub  r2, r2, r1
  bl  memcpy        @ copy .data to RAM
#endif


   ARM(  ldmia  r4!, {r0, r1, sp} )
 THUMB(  ldmia  r4!, {r0, r1, r3} )
 THUMB(  mov  sp, r3 )
  sub  r2, r1, r0
  mov  r1, #0
  bl  memset        @ clear .bss


  ldmia  r4, {r0, r1, r2, r3}
  str  r9, [r0]      @ Save processor ID
  str  r7, [r1]      @ Save machine type
  str  r8, [r2]      @ Save atags pointer
  cmp  r3, #0
  strne  r10, [r3]      @ Save control register values
  mov  lr, #0
  b  start_kernel
ENDPROC(__mmap_switched)

start_kernel函數(shù)定義在init/main.c文件內(nèi)，我們?cè)谙乱徽鹿?jié)再進(jìn)行分析。

8、小節(jié)

下一篇講解通用內(nèi)核啟動(dòng)階段。