Linux移植之内核启动过程start_kernel函数简析

在Linux移植之内核启动过程引导阶段分析中从arch/arm/kernel/head.S开始分析，最后分析到课start_kernel这个C函数，下面就简单分析下这个函数，因为涉及到Linux的内容较多，这里只是简单介绍下内核启动流程。先看一下内核启动的流程框图，截图来自《嵌入式Linux应用开发完全手册》。内核引导阶段已经分析过，接下来分析一下内核启动的第二阶段。

1、start_kernel函数全局概览

2、start_kernel函数调用层次

1、start_kernel函数全局概览，对start_kernel作一下粗略注释。

打开initMain.c ，下面主要分析处理UBOOT传入的参数，其中r1是传入的第一个参数存放的地址，里面存放着机器类型ID，已经处理过了；r2是传入的第二个参数，它存放着tag列表数据的地址。先看一下整个start_kernel函数，以下程序参考自http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7366782.html

  1 asmlinkage void __init start_kernel(void) 

  2 

  3 { 

  4   char * command_line; 

  5   extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];  

  6 

  7   smp_setup_processor_id();  //来设置smp process id，当然目前看到的代码里面这里是空的

  8   

  9   unwind_init(); 

 10 

 11 //lockdep是linux内核的一个调试模块，用来检查内核互斥机制尤其是自旋锁潜在的死锁问题。  

 12 //自旋锁由于是查询方式等待，不释放处理器，比一般的互斥机制更容易死锁，  

 13 //故引入lockdep检查以下几种情况可能的死锁（lockdep将有专门的文章详细介绍，在此只是简单列举）：  

 14 //  

 15 //·同一个进程递归地加锁同一把锁；  

 16 //  

 17 //·一把锁既在中断（或中断下半部）使能的情况下执行过加锁操作，  

 18 // 又在中断（或中断下半部）里执行过加锁操作。这样该锁有可能在锁定时由于中断发生又试图在同一处理器上加锁；  

 19 //  

 20 //·加锁后导致依赖图产生成闭环，这是典型的死锁现象。  

 21    lockdep_init(); 

 22 //关闭当前CUP中断  

 23 local_irq_disable(); 

 24 

 25 //修改标记early_boot_irqs_enabled;  

 26 //通过一个静态全局变量 early_boot_irqs_enabled来帮助我们调试代码，  

 27 //通过这个标记可以帮助我们知道是否在”early bootup code”，也可以通过这个标志警告是有无效的终端打开  

 28 early_boot_irqs_off(); 

 29 

 30 //每一个中断都有一个IRQ描述符（struct irq_desc）来进行描述。  

 31 //这个函数的主要作用是设置所有的 IRQ描述符（struct irq_desc）的锁是统一的锁，  

 32 //还是每一个IRQ描述符（struct irq_desc）都有一个小锁。  

 33 early_init_irq_lock_class(); 

 34 /*

 35 

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

 37  * enable them

 38  */ 

 39 // 大内核锁（BKL--Big Kernel Lock）  

 40 //大内核锁本质上也是自旋锁，但是它又不同于自旋锁，自旋锁是不可以递归获得锁的，因为那样会导致死锁。  

 41 //但大内核锁可以递归获得锁。大内核锁用于保护整个内核，而自旋锁用于保护非常特定的某一共享资源。  

 42 //进程保持大内核锁时可以发生调度，具体实现是：  

 43 //在执行schedule时，schedule将检查进程是否拥有大内核锁，如果有，它将被释放，以致于其它的进程能够获得该锁，  

 44 //而当轮到该进程运行时，再让它重新获得大内核锁。注意在保持自旋锁期间是不运行发生调度的。  

 45 //需要特别指出，整个内核只有一个大内核锁，其实不难理解，内核只有一个，而大内核锁是保护整个内核的，当然有且只有一个就足够了。  

 46 //还需要特别指出的是，大内核锁是历史遗留，内核中用的非常少，一般保持该锁的时间较长，因此不提倡使用它。  

 47 //从2.6.11内核起，大内核锁可以通过配置内核使其变得可抢占（自旋锁是不可抢占的），这时它实质上是一个互斥锁，使用信号量实现。  

 48 //大内核锁的API包括：  

 49 //  

 50 //void lock_kernel(void);  

 51 //  

 52 //该函数用于得到大内核锁。它可以递归调用而不会导致死锁。  

 53 //  

 54 //void unlock_kernel(void);  

 55 //  

 56 //该函数用于释放大内核锁。当然必须与lock_kernel配对使用，调用了多少次lock_kernel，就需要调用多少次unlock_kernel。  

 57 //大内核锁的API使用非常简单，按照以下方式使用就可以了：  

 58 //lock_kernel(); //对被保护的共享资源的访问 … unlock_kernel()；  

 59 //http://blog.csdn.net/universus/archive/2010/05/25/5623971.aspx  

 60   lock_kernel(); 

 61 

 62 //初始化time ticket，时钟  

 63   tick_init(); 

 64 

 65 //函数 tick_init() 很简单，调用 clockevents_register_notifier 函数向 clockevents_chain 通知链注册元素：  

 66 // tick_notifier。这个元素的回调函数指明了当时钟事件设备信息发生变化（例如新加入一个时钟事件设备等等）时，  

 67 //应该执行的操作，该回调函数为 tick_notify   

 68 //http://blogold.chinaunix.net/u3/97642/showart_2050200.html  

 69   boot_cpu_init();

 70 

 71 //初始化页地址，当然对于arm这里是个空函数  

 72 //http://book.chinaunix.net/special/ebook/PrenticeHall/PrenticeHallPTRTheLinuxKernelPrimer/0131181637/ch08lev1sec5.html  

 73   page_address_init(); 

 74 

 75 /*打印KER_NOTICE,这里的KER_NOTICE是字符串<5>*/

 76   printk(KERN_NOTICE);

 77 

 78 /*打印以下linux版本信息:       

 79 “Linux version 2.6.22.6 (book@book-desktop) (gcc version 3.4.5) #1 Fri Jun 16 00:55:53 CST 2017” */

 80  printk(linux_banner);

 81       

 82 //系结构相关的内核初始化过程,处理uboot传递进来的atag参数( setup_memory_tags()和setup_commandline _tags() )  

 83 //http://www.cublog.cn/u3/94690/showart_2238008.html  

 84 setup_arch(&command_line); 

 85 

 86 //处理启动命令，这里就是设置的cmd_line，

 87 //保存未改变的comand_line到字符数组static_command_line［］ 中。

 88 //保存  boot_command_line到字符数组saved_command_line［］中  

 89 setup_command_line(command_line); 

 90 

 91 unwind_setup();

 92 

 93 //如果没有定义CONFIG_SMP宏，则这个函数为空函数。  

 94 //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，  

 95 //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。  

 96 setup_per_cpu_areas();

 97 

 98 //定义在include/asm-x86/smp.h。  

 99 //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  

100 smp_prepare_boot_cpu(); 

101 

102 /* arch-specific boot-cpu hooks */ 

103 /* 进程调度器初始化 */

104 sched_init(); 

105 

106 /* 禁止内核抢占 */  

107 preempt_disable();

108       

109 //设置node 和 zone 数据结构  

110 //内存管理的讲解：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=361890&do=blog&cuid=2146541  

111 build_all_zonelists(NULL); 

112  

113 //初始化page allocation相关结构  

114 page_alloc_init();

115 

116 /* 打印Linux启动命令行参数 */   

117 printk(KERN_NOTICE 'Kernel command line: %s/n', boot_command_line); 

118   

119 //解析内核参数  

120 //对内核参数的解析：http://hi.baidu.com/yuhuntero/blog/item/654a7411e45ce519b8127ba9.html  

121 parse_early_param(); 

122 parse_args('Booting kernel', static_command_line, __start___param, 

123   __stop___param - __start___param, 

124   &unknown_bootoption); 

125 

126 /*

127 * These use large bootmem allocations and must precede

128 * kmem_cache_init()

129 */ 

130 //初始化hash表，以便于从进程的PID获得对应的进程描述指针，按照实际的物理内存初始化pid hash表  

131 //这里涉及到进程管理http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx  

132 pidhash_init(); 

133 

134 //初始化VFS的两个重要数据结构dcache和inode的缓存。  

135 //http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171324.aspx  

136 vfs_caches_init_early(); 

137 

138 //把编译期间，kbuild设置的异常表，也就是__start___ex_table和__stop___ex_table之中的所有元素进行排序  

139 sort_main_extable(); 

140 

141 //初始化中断向量表  

142 //http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171325.aspx  

143 trap_init(); 

144 

145 //memory map初始化  

146 //http://blog.csdn.net/huyugv_830913/archive/2010/09/15/5886970.aspx  

147 mm_init(); 

148 

149 /*

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

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

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

153 */ 

154 //核心进程调度器初始化，调度器的初始化的优先级要高于任何中断的建立，  

155 //并且初始化进程0，即idle进程，但是并没有设置idle进程的NEED_RESCHED标志，  

156 //所以还会继续完成内核初始化剩下的事情。  

157 //这里仅仅为进程调度程序的执行做准备。  

158 //它所做的具体工作是调用init_bh函数(kernel/softirq.c)把timer,tqueue,immediate三个人物队列加入下半部分的数组  

159 sched_init(); 

160 

161 /*

162 * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely

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

164 */ 

165 //抢占计数器加1   

166  preempt_disable();

167 

168 //检查中断是否打开,如果已经打开，则关闭中断   

169   if (!irqs_disabled()) { 

170   printk(KERN_WARNING 'start_kernel(): bug: interrupts were ' 

171   'enabled *very* early, fixing it/n'); 

172   local_irq_disable(); 

173   } 

174 

175   sort_main_extable(); 

176  /*

177  * trap_init函数完成对系统保留中断向量（异常、非屏蔽中断以及系统调用）              

178  * 的初始化，init_IRQ函数则完成其余中断向量的初始化

179  */

180  trap_init();    

181 

182 //Read-Copy-Update的初始化  

183 //RCU机制是Linux2.6之后提供的一种数据一致性访问的机制，  

184 //从RCU（read-copy-update）的名称上看，我们就能对他的实现机制有一个大概的了解，  

185 //在修改数据的时候，首先需要读取数据，然后生成一个副本，对副本进行修改，  

186 //修改完成之后再将老数据update成新的数据，此所谓RCU。  

187 //http://blog.ednchina.com/tiloog/193361/message.aspx  

188 //http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1341707.html  

189 rcu_init();

190  

191 //初始化IRQ中断和终端描述符。  

192 //初始化系统中支持的最大可能的中断描述结构struct irqdesc变量数组irq_desc[NR_IRQS],  

193 //把每个结构变量irq_desc[n]都初始化为预先定义好的坏中断描述结构变量bad_irq_desc,  

194 //并初始化该中断的链表表头成员结构变量pend  

195 init_IRQ();    

196 

197 /* 初始化hash表，便于从进程的PID获得对应的进程描述符指针 */

198 pidhash_init();

199 

200 //初始化定时器Timer相关的数据结构  

201 //http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html  

202 init_timers();  

203 

204 //对高精度时钟进行初始化  

205 hrtimers_init();

206  

207 //软中断初始化  

208 //http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_494363.html  

209 softirq_init(); 

210  

211 //初始化时钟源  

212 timekeeping_init(); 

213  

214 //初始化系统时间，  

215 //检查系统定时器描述结构struct sys_timer全局变量system_timer是否为空，  

216 //如果为空将其指向dummy_gettimeoffset()函数。  

217 //http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html  

218 time_init();  

219 

220 //profile只是内核的一个调试性能的工具，  

221 //这个可以通过menuconfig中的Instrumentation Support->profile打开。  

222 //http://www.linuxdiyf.com/bbs//thread-71446-1-1.html  

223 profile_init();