Linux内核自解压过程

uboot完成系统引导之后,执行环境变量bootm中的命令;即,将Linux内核调入显存中并调用do_bootm函数启动内核,跳转至kernel的起始位置。假如内核没有被压缩,则直接启动;假如内核被压缩过linux下载工具,则须要进行解压,被压缩过的kernel背部有解压程序。

压缩过的kernel入口第一个文件源码位置在/kernel/arch/arm/boot/compressed/head.S。它将调用decompress_kernel函数进行解压,解压完成后,复印出信息“UncompressingLinux…done,bootingthekernel”。解压缩完成后,调用gunzip函数(或unlz4、或bunzip2、或unlz)将内核放于指定位置,开始启动内核。

2.Linux内核启动打算阶段

由内核链接脚本/kernel/arch/arm/kernel/vmlinux.lds可知,内核入口函数为stext(/kernel/arch/arm/kernel/head.S)。内核解压完成后,解压缩代码调用stext函数启动内核。

ENTRY(stext)

setmodePSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE,r9@ensuresvcmode@andirqsdisabled

mrcp15,0,r9,c0,c0@获得处理器ID,并储存在r9寄存器中

bl__lookup_processor_type@结果返回:描述处理器结构体的地址r5=procinfo,处理器ID号r9=cpuid

movsr10,r5@invalidprocessor(r5=0)?判定内核是否支持该处理器

beq__error_p@yes,error’p’

bl__lookup_machine_type@结果返回:描述机器(开发板)的结构体地址r5=machinfo

movsr8,r5@invalidmachine(r5=0)?判定内核是否支持该机器(开发板)

beq__error_a@yes,error’a’

arm linux内核启动分析_Linux内核自解压过程_Linux内核启动准备阶段

bl__vet_atags@检测uboot给内核的传参ATAGS格式是否正确

bl__create_page_tables@构建虚拟地址映射页表

ldrr13,__switch_data@addresstojumptoafter

(1)关掉IRQ、FIQ中断,步入SVC模式。调用setmode宏实现;

(2)校准处理器ID,检验内核是否支持该处理器;若不支持arm linux内核启动分析,则停止启动内核。调用__lookup_processor_type函数实现;

(3)校准机器码,检验内核是否支持该机器;若不支持,则停止启动内核。调用__lookup_machine_type函数实现;

(4)检测uboot向内核传参ATAGS格式是否正确,调用__vet_atars函数实现;

(5)构建虚拟地址映射页表。此处构建的页表为粗页表,在内核启动前期使用。Linux对显存管理有更精细的要求,此后会重新构建更精细的页表。调用__create_page_tables函数实现。

(6)跳转执行__switch_data函数,其中调用__mmap_switched完成最后的打算工作。

1)复制数据段、清除bss段,目的是建立C语言运行环境;

2)保存处理器ID号、机器码、uboot向内核传参地址;

3)bstart_kernel跳转至内核初始化阶段。

__switch_data:

.long__mmap_switched

………………………………………………….

__mmap_switched:

adrr3,__switch_data+4

ldmiar3!,{r4,r5,r6,r7}

cmpr4,r5@Copydatasegmentifneeded

1:cmpner5,r6

ldrnefp,,#4

strnefp,,#4

bne1b

movfp,#0@ClearBSS(andzerofp)

1:cmpr6,r7

strccfp,,#4

bcc1b

ARM(ldmiar3,{r4,r5,r6,r7,sp})

THUMB(ldmiar3,{r4,r5,r6,r7})

THUMB(ldrsp,)

strr9,@SaveprocessorID

strr1,@Savemachinetype

strr2,@Saveatagspointer

bicr4,r0,#CR_A@Clear’A’bit

stmiar7,{r0,r4}@Savecontrolregistervalues

bstart_kernel

ENDPROC(__mmap_switched)

3.Linux内核初始化阶段

此阶段从start_kernel函数开始。start_kernel函数是所有Linux平台步入系统内核初始化的入口函数。它的主要工作是完成剩余与硬件平台相关的初始化工作,在进行一系列与内核相关的初始化以后,调用第一个用户进程init并等待其执行。至此,整个内核启动完成。

3.1start_kernel函数的主要工作

start_kernel函数主要完成内核相关的初始化工作。具体包括以下部份:

(1)内核构架、通用配置相关初始化

(2)显存管理相关初始化

(3)进程管理相关初始化

(4)进程调度相关初始化

(5)网路子系统管理

(6)虚拟文件系统

(7)文件系统

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3.2start_kernel函数流中的关键函数

(1)setup_arch(&command_line)函数

内核构架相关的初始化函数,是十分重要的一个初始化步骤。其中redhat linux,包含了处理器相关参数的初始化、内核启动参数(taggedlist)的获取和前期处理、内存子系统的初期初始化。

command_line实质是uboot向内核传递的命令行启动参数,即uboot中环境变量bootargs的值。若uboot中bootargs的值为空,command_line=default_command_linearm linux内核启动分析,即为内核中的默认命令行参数,其值在.config文件中配置,对应CONFIG_CMDLINE配置项。

(2)setup_command_line、parse_early_param以及parse_args函数

这种函数都是在完成命令行参数的解析、保存。例如,cmdline=console=ttySAC2,115200root=/dev/mmcblk0p2rwinit=/linuxrcrootfstype=ext3;解析为一下四个参数:

console=ttySAC2,115200//指定控制台的并口设备号,及其码率

root=/dev/mmcblk0p2rw//指定根文件系统rootfs的路径

init=/linuxrc//指定第一个用户进程init的路径

rootfstype=ext3//指定根文件系统rootfs的类型

Linux内核启动准备阶段_arm linux内核启动分析_Linux内核自解压过程

(3)sched_init函数

初始化进程调度器,创建运行队列,设置当前任务的空线程。

(4)rest_init函数

rest_init函数的主要工作如下:

1)调用kernel_thread函数启动了2个内核线程,分别是:kernel_init和kthreadd。kernel_init线程中调用prepare_namespace函数挂载根文件系统rootfs;之后调用init_post函数,执行根文件系统rootfs下的第一个用户进程init。用户进程有4个备选方案,若command_line中init的路径错误,则会执行备用方案。第一备用:/sbin/init,第二备用:/etc/init,第三备用:/bin/init,第四备用:/bin/sh。

2)调用schedule函数开启内核调度系统;

3)调用cpu_idle函数,启动空闲进程idle,完成内核启动。

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刘遄

《Linux就该这么学》书籍作者,RHCA认证架构师,教育学(计算机专业硕士)。

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