linux内核启动过程学习总结
Posted 风雨田
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了linux内核启动过程学习总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
通用寄存器的作用
r0 ：在函数开始时使用
r1 ：存放堆栈指针，相当于ia32架构中的esp寄存器
r2 ：存放当前进程的描述符的地址
r3 ：存放第一个参数和返回地址
r4-r10 ：存放函数的参数
r11 ：用在指针的调用和当前一些语言的环境指针
r12 ：用于存放异常处理
r13 ：保留做为系统线程ID
r14-r31 ：作为本地变量，具有非易失性
Linux启动过程描述
第一步：使用Boot Loader（一般是U-boot）加载Linux内核映像到内存，并负责目标系统的基本初始化过程，并搜集这个系统的基本信息，比如内存大小、处理器主频、外设的使用情况等一系列信息。然后把这些信息传递给linux内核。然后Boot loader把linux内核复制到从0x0000 0000 开始的物理内存处（虚拟地址一般为0xc000 0000处）开始执行。
备注：这一部分内容，本文不做重点介绍。请参考《uboot启动过程学习总结.doc》
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记录2：linux kernel 链接文件、入口函数和相关宏定义等
Bootstraploader过程：从文件\arch\powerpc\boot\zImage.lds中可以看出，bootstraploader的入口为_zimage_start。在代码arch\powerpc\boot\crt0.S中
D:\virtual_machine\share_folder\linux-2.6.23\arch\powerpc\boot\zImage.lds中定义的入口地址为4MB，见下面
SECTIONS
{
. = (4*1024*1024);
_start = .;
.text :
进入linux内核：从vmlinux.lds看到，内核入口为_stext，通过段.text.head 将代码定位到0xc0000000处。
在代码arch/powerpc/kernel/head_32.S中_stext之后紧接着是_start，他们之间没有代码，他们表示相同的地址。
在vmlinux.lds中将.text.head规划为.text的第一个字段（保证了地址定位到0xc0000000）。
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第二步：Linux系统的初始化
1、 bootstraploader 过程
注意：需要知道从uboot跳到此处时，r3寄存器的内容，以及其他register的内容
如果运行地址和链接地址不同，则修正got表中各个函数的指针
清零BSS段
调用platform_init()，保存bd到__res，初始化ppc_md（ppc module）中的各个函数。
调用arch\powerpc\boot\main.c中的start()
在start()中：
1.1将命令行拷贝到cmdline中
1.2调用open函数打开串口
1.3解压缩kernel代码
1.4解压缩ramdisk image
1.5最终初始化设备树
1.6跳到内核代码中执行
有两个调用语句，应该是运行了语句：kentry(ft_addr, 0, NULL); need confirm
2、 进入linux内核
入口：arch/powerpc/kernel/head_32.S中的_start。
2.1 early_init() ，arch/powerpc/kernel/setup_32.c中
计算运行地址和链接地址的差值。根据cpu型号调用do_feature_fixups函数来对__ftr_fixup段进行修复处理。
例如若HIDO寄存器的HIGH_BAT_EN位置位，另外的4组寄存器 IBATs (4–7) 和 4组 DBATs (4-7) 将会被激活，__ftr_fixup段中对这8组寄存器进行初始化的代码就会生效；否则__ftr_fixup中的这段代码就会被nop指令所代替！
early_init()函数调用identify_cpu()函数通过cpu中的pvr寄存器存放的CPU核的版本号在全局数组cpu_specs中寻找到当前cpu的详细信息，identify_cpu()函数在找到之后，会调用setup_cpu_spec()函数把上述cpu的信息所在的链接地址赋值给cur_cpu_spec变量
2.2 mmu_off() 关闭mmu
2.3 flush_tlbs() 从TLB中移除页表
2.4 call_setup_cpu()：call_setup_cpu()位于misc_32.S文件中
2.5 relocate_kernel()：把内核代码拷贝到链接地址指向的位置
2.6 turn_on_mmu()：映射了256MB内存，就可以避免调用reloc_offset()函数来显式得把虚拟地址映射到物理地址!
2.7跳到start_here()函数中运行，可以认为是真正内核开始运行。。。
2.7.1加载0号线程上下文，全局变量init_task
注：0号线程优先级为120，从#define INIT_TASK(tsk)中可以看出。
init_task是进程0使用的进程描述符，也是Linux系统中第一个进程描述符，该进程的描述符在arch/powerpc/kernel/init_task.c中定义，代码片段如下：
struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task);
init_task描述符使用宏INIT_TASK对init_task的进程描述符进行初始化，宏INIT_TASK在include/linux/init_task.h文件中
init_task是Linux内核中的第一个线程，它贯穿于整个Linux系统的初始化过程中，该进程也是Linux系统中唯一一个没有用kernel_thread() 函数创建的进程！在init_task进程执行后期，它会调用kernel_thread()函数创建第一个核心进程kernel_init，同时init_task进程继续对Linux系统初始化。在完成初始化后，init_task会退化为cpu_idle进程，当Core 0的就绪队列中没有其它进程时，该进程将会获得CPU运行。新创建的1号进程kernel_init将会逐个启动次CPU,并最终创建用户进程！
备注：core0上的idle进程由init_task进程退化而来，而AP的idle进程则是BSP在后面调用fork()函数逐个创建的，我们会在后面详细讨论。
init_task进程使用init_thread_union数据结构描述的内存区域作为该进程的堆栈空间，并且和自身的thread_info参数公用这一内存空间空间，其数据结构的定义如下(linux- 2.6.38/include/linux/sched.h)
2.7.2 调用machine_init()分析OF树的结构，获得当前处理器的内存使用情况, 创建LMB结构，同时获得当前CPU在OF树中的硬件信息;保存命令行等，从cmd_line拷贝uboot引导kernel时使用的命令行参数到boot_command_line，并并使用parse_early_param()函数分析这些命令行参数。
2.7.3 调用MMU_init()，为LinuxPowerPC建立MMU地址映射，区分memory 的normal 区域和高端区域。（768M或896M为分界线）
注：会把也映射信息更新到init_mm. pgd，即swapper_pg_dir指向的页表中。最终应该会把init_mm填到init1 线程任务结构的mm_struct中。需要后续验证***********************
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2.7.4 调用load_up_mmu()重新装载MMU相关的寄存器，开启MMU并跳到start_kernel
再次让CPU进入是实地址模式，去运行load_up_mmu()函数。这样做的目的是让core 0在实模式下调用load_up_mmu()函数来重新装载MMU相关的寄存器，比如SDR1，BAT寄存器等。之所以要重新转载，是因为我们在<11>：bl initial_bats，创建的临时BAT块地址映射，只是启动的第一阶段用到的临时映射，现在这个临时地址映射需要舍弃了，我们需要重新初始化MMU，来建立正式的MMU地址映射。
注：从__start()到start_here()再到调用start_kernel()，主要的工作与当前目标板的硬件结构密切相关，包含对一些底层硬件进行最基本初始化操作等等，从start_kernel()开始的初始化操作与处理器的类型基本无关了。
3 start_kernel
本阶段也是有0号线程init_task中调用的，将完成Linux内核核心数据结构的初始化，最终创建1号线程kernel_init，最后由1号内核线程启动1号用户进程。需要后续确认***
3.1 关中断
3.2 调用tick_init()，初始化系统时钟滴答链
3.3 调用page_address_init()，将高端内存组织在一起。应该是为buddy初始化做准备，需要进一步确认
3.4 setup_arch()，setup_arch()函数是