arm Linux系統(tǒng)啟動之start_kernel函數(shù)

---具體做了哪些動作

---跳轉(zhuǎn)到init/main.c

---b start_kernel

//關(guān)于start_kernel的強(qiáng)文深入理解linux內(nèi)核，第八章

main.c

asmlinkage void __init start_kernel(void)

{

char * command_line;

extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];

//來設(shè)置smp process id，當(dāng)然目前看到的代碼里面這里是空的

smp_setup_processor_id();

/*

* Need to run as early as possible, to initialize the

* lockdep hash:

*/

//lockdep是linux內(nèi)核的一個(gè)調(diào)試模塊，用來檢查內(nèi)核互斥機(jī)制尤其是自旋鎖潛在的死鎖問題。

//自旋鎖由于是查詢方式等待，不釋放處理器，比一般的互斥機(jī)制更容易死鎖，

//故引入lockdep檢查以下幾種情況可能的死鎖（lockdep將有專門的文章詳細(xì)介紹，在此只是簡單列舉）：

//

//·同一個(gè)進(jìn)程遞歸地加鎖同一把鎖；

//

//·一把鎖既在中斷（或中斷下半部）使能的情況下執(zhí)行過加鎖操作，

// 又在中斷（或中斷下半部）里執(zhí)行過加鎖操作。這樣該鎖有可能在鎖定時(shí)由于中斷發(fā)生又試圖在同一處理器上加鎖；

//

//·加鎖后導(dǎo)致依賴圖產(chǎn)生成閉環(huán)，這是典型的死鎖現(xiàn)象。

lockdep_init();

debug_objects_early_init();

/*

* Set up the the initial canary ASAP:

*/

//初始化stack_canary棧3

//stack_canary的是帶防止棧溢出攻擊保護(hù)的堆棧。

// 當(dāng)user space的程序通過int 0x80進(jìn)入內(nèi)核空間的時(shí)候，CPU自動完成一次堆棧切換，

//從user space的stack切換到kernel space的stack。

// 在這個(gè)進(jìn)程exit之前所發(fā)生的所有系統(tǒng)調(diào)用所使用的kernel stack都是同一個(gè)。

//kernel stack的大小一般為4096/8192，

//內(nèi)核堆棧示意圖幫助大家理解：

//

// 內(nèi)存低址 內(nèi)存高址

// | |<-----------------------------esp|

// +-----------------------------------4096-------------------------------+

// | 72 | 4 | x < 4016 | 4 |

// +------------------+-----------------+---------------------------------+

// |thread_info | | STACK_END_MAGIC | var/call chain |stack_canary |

// +------------------+-----------------+---------------------------------+

// | 28 | 44 | | |

// V | |

// restart_block V

//

//esp+0x0 +0x40

// +---------------------------------------------------------------------------+

// |ebx|ecx|edx|esi|edi|ebp|eax|ds|es|fs|gs|orig_eax|eip|cs|eflags|oldesp|oldss|

// +---------------------------------------------------------------------------+

// | kernel完成 | cpu自動完成 |

//http://hi.baidu.com/wzt85/blog/item/112a37132f6116c2f6039e44.html

boot_init_stack_canary();

// cgroup: 它的全稱為control group.即一組進(jìn)程的行為控制.

// 比如,我們限制進(jìn)程/bin/sh的CPU使用為20%.我們就可以建一個(gè)cpu占用為20%的cgroup.

// 然后將/bin/sh進(jìn)程添加到這個(gè)cgroup中.當(dāng)然,一個(gè)cgroup可以有多個(gè)進(jìn)程.

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1736813.html

cgroup_init_early();

//更新kernel中的所有的立即數(shù)值，但是包括哪些需要再看？

core_imv_update();

//關(guān)閉當(dāng)前CUP中斷

local_irq_disable();

//修改標(biāo)記early_boot_irqs_enabled;

//通過一個(gè)靜態(tài)全局變量 early_boot_irqs_enabled來幫助我們調(diào)試代碼，

//通過這個(gè)標(biāo)記可以幫助我們知道是否在”early bootup code”，也可以通過這個(gè)標(biāo)志警告是有無效的終端打開

early_boot_irqs_off();

//每一個(gè)中斷都有一個(gè)IRQ描述符（struct irq_desc）來進(jìn)行描述。

//這個(gè)函數(shù)的主要作用是設(shè)置所有的 IRQ描述符（struct irq_desc）的鎖是統(tǒng)一的鎖，

//還是每一個(gè)IRQ描述符（struct irq_desc）都有一個(gè)小鎖。

early_init_irq_lock_class();

/*

* Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then

* enable them

*/

// 大內(nèi)核鎖（BKL--Big Kernel Lock）

//大內(nèi)核鎖本質(zhì)上也是自旋鎖，但是它又不同于自旋鎖，自旋鎖是不可以遞歸獲得鎖的，因?yàn)槟菢訒?dǎo)致死鎖。

//但大內(nèi)核鎖可以遞歸獲得鎖。大內(nèi)核鎖用于保護(hù)整個(gè)內(nèi)核，而自旋鎖用于保護(hù)非常特定的某一共享資源。

//進(jìn)程保持大內(nèi)核鎖時(shí)可以發(fā)生調(diào)度，具體實(shí)現(xiàn)是：

//在執(zhí)行schedule時(shí)，schedule將檢查進(jìn)程是否擁有大內(nèi)核鎖，如果有，它將被釋放，以致于其它的進(jìn)程能夠獲得該鎖，

//而當(dāng)輪到該進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，再讓它重新獲得大內(nèi)核鎖。注意在保持自旋鎖期間是不運(yùn)行發(fā)生調(diào)度的。

//需要特別指出，整個(gè)內(nèi)核只有一個(gè)大內(nèi)核鎖，其實(shí)不難理解，內(nèi)核只有一個(gè)，而大內(nèi)核鎖是保護(hù)整個(gè)內(nèi)核的，當(dāng)然有且只有一個(gè)就足夠了。

//還需要特別指出的是，大內(nèi)核鎖是歷史遺留，內(nèi)核中用的非常少，一般保持該鎖的時(shí)間較長，因此不提倡使用它。

//從2.6.11內(nèi)核起，大內(nèi)核鎖可以通過配置內(nèi)核使其變得可搶占（自旋鎖是不可搶占的），這時(shí)它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)互斥鎖，使用信號量實(shí)現(xiàn)。

//大內(nèi)核鎖的API包括：

//

//void lock_kernel(void);

//

//該函數(shù)用于得到大內(nèi)核鎖。它可以遞歸調(diào)用而不會導(dǎo)致死鎖。

//

//void unlock_kernel(void);

//

//該函數(shù)用于釋放大內(nèi)核鎖。當(dāng)然必須與lock_kernel配對使用，調(diào)用了多少次lock_kernel，就需要調(diào)用多少次unlock_kernel。

//大內(nèi)核鎖的API使用非常簡單，按照以下方式使用就可以了：

//lock_kernel(); //對被保護(hù)的共享資源的訪問 … unlock_kernel()；

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

lock_kernel();

//初始化time ticket，時(shí)鐘

tick_init();

//函數(shù) tick_init() 很簡單，調(diào)用 clockevents_register_notifier 函數(shù)向 clockevents_chain 通知鏈注冊元素：

// tick_notifier。這個(gè)元素的回調(diào)函數(shù)指明了當(dāng)時(shí)鐘事件設(shè)備信息發(fā)生變化（例如新加入一個(gè)時(shí)鐘事件設(shè)備等等）時(shí)，

//應(yīng)該執(zhí)行的操作，該回調(diào)函數(shù)為 tick_notify

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

boot_cpu_init();

//初始化頁地址，當(dāng)然對于arm這里是個(gè)空函數(shù)

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

page_address_init();

printk(KERN_NOTICE "%s", linux_banner);

//系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)核初始化過程

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

setup_arch(&command_line);

//初始化內(nèi)存管理

mm_init_owner(&init_mm, &init_task);

//處理啟動命令，這里就是設(shè)置的cmd_line

setup_command_line(command_line);

//這個(gè)在定義了SMP的時(shí)候有作用，現(xiàn)在這里為空函數(shù)；對于smp的使用，后面在看。。。

setup_nr_cpu_ids();

//如果沒有定義CONFIG_SMP宏，則這個(gè)函數(shù)為空函數(shù)。

//如果定義了CONFIG_SMP宏，則這個(gè)setup_per_cpu_areas()函數(shù)給每個(gè)CPU分配內(nèi)存，

//并拷貝.data.percpu段的數(shù)據(jù)。為系統(tǒng)中的每個(gè)CPU的per_cpu變量申請空間。

setup_per_cpu_areas();

//定義在include/asm-x86/smp.h。

//如果是SMP環(huán)境，則設(shè)置boot CPU的一些數(shù)據(jù)。在引導(dǎo)過程中使用的CPU稱為boot CPU

smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */

//設(shè)置node 和 zone 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

//內(nèi)存管理的講解：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=361890&do=blog&cuid=2146541

build_all_zonelists(NULL);

//初始化page allocation相關(guān)結(jié)構(gòu)

page_alloc_init();

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

//解析內(nèi)核參數(shù)

//對內(nèi)核參數(shù)的解析：http://hi.baidu.com/yuhuntero/blog/item/654a7411e45ce519b8127ba9.html

parse_early_param();

parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,

__stop___param - __start___param,

&unknown_bootoption);

/*

* These use large bootmem allocations and must precede

* kmem_cache_init()

*/

//初始化hash表，以便于從進(jìn)程的PID獲得對應(yīng)的進(jìn)程描述指針，按照實(shí)際的物理內(nèi)存初始化pid hash表

//這里涉及到進(jìn)程管理http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx

pidhash_init();

//初始化VFS的兩個(gè)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)dcache和inode的緩存。

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

vfs_caches_init_early();

//把編譯期間，kbuild設(shè)置的異常表，也就是__start___ex_table和__stop___ex_table之中的所有元素進(jìn)行排序

sort_main_extable();

//初始化中斷向量表

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

trap_init();

//memory map初始化

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

mm_init();

/*

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

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

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

*/

//核心進(jìn)程調(diào)度器初始化，調(diào)度器的初始化的優(yōu)先級要高于任何中斷的建立，

//并且初始化進(jìn)程0，即idle進(jìn)程，但是并沒有設(shè)置idle進(jìn)程的NEED_RESCHED標(biāo)志，

//所以還會繼續(xù)完成內(nèi)核初始化剩下的事情。

//這里僅僅為進(jìn)程調(diào)度程序的執(zhí)行做準(zhǔn)備。

//它所做的具體工作是調(diào)用init_bh函數(shù)(kernel/softirq.c)把timer,tqueue,immediate三個(gè)人物隊(duì)列加入下半部分的數(shù)組

sched_init();

/*

* Disable preemption - early bootup scheduling is extremely

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

*/

//搶占計(jì)數(shù)器加1

preempt_disable();

//檢查中斷是否打開

if (!irqs_disabled()) {

printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were "

"enabled *very* early, fixing it/n");

local_irq_disable();

}

//Read-Copy-Update的初始化

//RCU機(jī)制是Linux2.6之后提供的一種數(shù)據(jù)一致性訪問的機(jī)制，

//從RCU（read-copy-update）的名稱上看，我們就能對他的實(shí)現(xiàn)機(jī)制有一個(gè)大概的了解，

//在修改數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先需要讀取數(shù)據(jù)，然后生成一個(gè)副本，對副本進(jìn)行修改，

//修改完成之后再將老數(shù)據(jù)update成新的數(shù)據(jù)，此所謂RCU。

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

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

rcu_init();

//定義在lib/radix-tree.c。

//Linux使用radix樹來管理位于文件系統(tǒng)緩沖區(qū)中的磁盤塊，

//radix樹是trie樹的一種

//http://blog.csdn.net/walkland/archive/2009/03/19/4006121.aspx

radix_tree_init();

/* init some links before init_ISA_irqs() */

//early_irq_init 則對數(shù)組中每個(gè)成員結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化,

//例如, 初始每個(gè)中斷源的中斷號.其他的函數(shù)基本為空.

early_irq_init();

//初始化IRQ中斷和終端描述符。

//初始化系統(tǒng)中支持的最大可能的中斷描述結(jié)構(gòu)struct irqdesc變量數(shù)組irq_desc[NR_IRQS],

//把每個(gè)結(jié)構(gòu)變量irq_desc[n]都初始化為預(yù)先定義好的壞中斷描述結(jié)構(gòu)變量bad_irq_desc,

//并初始化該中斷的鏈表表頭成員結(jié)構(gòu)變量pend

init_IRQ();

//prio-tree是一棵查找樹，管理的是什么？

//http://blog.csdn.net/dog250/archive/2010/06/28/5700317.aspx

prio_tree_init();

//初始化定時(shí)器Timer相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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

init_timers();

//對高精度時(shí)鐘進(jìn)行初始化

hrtimers_init();

//軟中斷初始化

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

softirq_init();

//初始化時(shí)鐘源

timekeeping_init();

//初始化系統(tǒng)時(shí)間，

//檢查系統(tǒng)定時(shí)器描述結(jié)構(gòu)struct sys_timer全局變量system_timer是否為空，

//如果為空將其指向dummy_gettimeoffset()函數(shù)。

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

time_init();

//profile只是內(nèi)核的一個(gè)調(diào)試性能的工具，

//這個(gè)可以通過menuconfig中的Instrumentation Support->profile打開。

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

profile_init();

if (!irqs_disabled())

printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were "

"enabled early/n");

//與開始的early_boot_irqs_off相對應(yīng)

early_boot_irqs_on();

//與local_irq_disbale相對應(yīng)，開中斷

local_irq_enable();

/* Interrupts are enabled now so all GFP allocations are safe. */

gfp_allowed_mask = __GFP_BITS_MASK;

//memory cache的初始化

//http://my.chinaunix.net/space.php?uid=7588746&do=blog&id=153184

kmem_cache_init_late();

/*

* HACK ALERT! This is early. Were enabling the console before

* weve done PCI setups etc, and console_init() must be aware of

* this. But we do want output early, in case something goes wrong.

*/

//初始化控制臺以顯示printk的內(nèi)容，在此之前調(diào)用的printk，只是把數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)里，

//只有在這個(gè)函數(shù)調(diào)用后，才會在控制臺打印出內(nèi)容

//該函數(shù)執(zhí)行后可調(diào)用printk()函數(shù)將log_buf中符合打印級別要求的系統(tǒng)信息打印到控制臺上。

console_init();

if (panic_later)

panic(panic_later, panic_param);

//如果定義了CONFIG_LOCKDEP宏，那么就打印鎖依賴信息，否則什么也不做

lockdep_info();

/*

* Need to run this when irqs are enabled, because it wants

* to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs

* too:

*/

//如果定義CONFIG_DEBUG_LOCKING_API_SELFTESTS宏

//則locking_selftest()是一個(gè)空函數(shù)，否則執(zhí)行鎖自測

locking_selftest();

#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD

if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&

page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {

printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "

"disabling it./n",

page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),

min_low_pfn);

initrd_start = 0;

}

#endif

//頁面初始化，可以參考上面的cgroup機(jī)制

page_cgroup_init();

//頁面分配debug啟用

enable_debug_pagealloc();

//此處函數(shù)為空

kmemtrace_init();

//memory lead偵測初始化，如何偵測？？？

kmemleak_init();

//

//Called after the kmem_caches are functional to setup a dedicated

//cache pool, which has the SLAB_DEBUG_OBJECTS flag set. This flag

//prevents that the debug code is called on kmem_cache_free() for the

//debug tracker objects to avoid recursive calls.

//在kmem_caches之后表示建立一個(gè)高速緩沖池，建立起SLAB_DEBUG_OBJECTS標(biāo)志。？？？

debug_objects_mem_init();

//idr在linux內(nèi)核中指的就是整數(shù)ID管理機(jī)制，

//從本質(zhì)上來說，這就是一種將整數(shù)ID號和特定指針關(guān)聯(lián)在一起的機(jī)制

//idr機(jī)制適用在那些需要把某個(gè)整數(shù)和特定指針關(guān)聯(lián)在一起的地方。

//http://blogold.chinaunix.net/u3/93255/showart_2524027.html

idr_init_cache();

//是否是對SMP的支持，單核是否需要？？這個(gè)要分析

setup_per_cpu_pageset();

//NUMA (Non Uniform Memory Access) policy

//具體是什么不懂

numa_policy_init();

if (late_time_init)

late_time_init();

//初始化調(diào)度時(shí)鐘

sched_clock_init();

//calibrate_delay（）函數(shù)可以計(jì)算出cpu在一秒鐘內(nèi)執(zhí)行了多少次一個(gè)極短的循環(huán)，

//計(jì)算出來的值經(jīng)過處理后得到BogoMIPS 值，

//Bogo是Bogus(偽)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百萬條指令每秒)的縮寫。

//這樣我們就知道了其實(shí)這個(gè)函數(shù)是linux內(nèi)核中一個(gè)cpu性能測試函數(shù)。

//http://blogold.chinaunix.net/u2/86768/showart_2196664.html

calibrate_delay();

//PID是process id的縮寫

//http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx

pidmap_init();

//來自mm/rmap.c

//分配一個(gè)anon_vma_cachep作為anon_vma的slab緩存。

//這個(gè)技術(shù)是PFRA（頁框回收算法）技術(shù)中的組成部分。

//這個(gè)技術(shù)為定位而生——快速的定位指向同一頁框的所有頁表項(xiàng)。

anon_vma_init();

#ifdef CONFIG_X86

if (efi_enabled)

efi_enter_virtual_mode();

#endif

//創(chuàng)建thread_info緩存

thread_info_cache_init();

//申請了一個(gè)slab來存放credentials??????如何理解？

cred_init();

//根據(jù)物理內(nèi)存大小計(jì)算允許創(chuàng)建進(jìn)程的數(shù)量

//http://www.jollen.org/blog/2006/11/jollen_linux_3_fork_init.html

fork_init(totalram_pages);

//給進(jìn)程的各種資源管理結(jié)構(gòu)分配了相應(yīng)的對象緩存區(qū)

//http://www.shangshuwu.cn/index.php/Linux內(nèi)核的進(jìn)程創(chuàng)建

proc_caches_init();

//創(chuàng)建 buffer_head SLAB 緩存

buffer_init();

//初始化key的management stuff

key_init();

//關(guān)于系統(tǒng)安全的初始化，主要是訪問控制

//http://blog.csdn.net/nhczp/archive/2008/04/29/2341194.aspx

security_init();

//與debug kernel相關(guān)

dbg_late_init();

//調(diào)用kmem_cache_create()函數(shù)來為VFS創(chuàng)建各種SLAB分配器緩存

//包括：names_cachep、filp_cachep、dquot_cachep和bh_cachep等四個(gè)SLAB分配器緩存

vfs_caches_init(totalram_pages);

//創(chuàng)建信號隊(duì)列

signals_init();

/* rootfs populating might need page-writeback */

//回寫相關(guān)的初始化

//http://blog.csdn.net/yangp01/archive/2010/04/06/5454822.aspx

page_writeback_init();

#ifdef CONFIG_PROC_FS

proc_root_init();

#endif

//它將剩余的subsys初始化.然后將init_css_set添加進(jìn)哈希數(shù)組css_set_table[ ]中.

//在上面的代碼中css_set_hash()是css_set_table的哈希函數(shù).

//它是css_set->subsys為哈希鍵值,到css_set_table[ ]中找到對應(yīng)項(xiàng).然后調(diào)用hlist_add_head()將init_css_set添加到?jīng)_突項(xiàng)中.

//然后,注冊了cgroup文件系統(tǒng).這個(gè)文件系統(tǒng)也是我們在用戶空間使用cgroup時(shí)必須掛載的.

//最后,在proc的根目錄下創(chuàng)建了一個(gè)名為cgroups的文件.用來從用戶空間觀察cgroup的狀態(tài).

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1736813.html

cgroup_init();

//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1777937.html

cpuset_init();

////進(jìn)程狀態(tài)初始化，實(shí)際上就是分配了一個(gè)存儲線程狀態(tài)的高速緩存

taskstats_init_early();

delayacct_init();

//此處為一空函數(shù)

imv_init_complete();

//測試CPU的各種缺陷，記錄檢測到的缺陷，以便于內(nèi)核的其他部分以后可以使用他們工作。

check_bugs();

//電源相關(guān)的初始化

//http://blogold.chinaunix.net/u/548/showart.php?id=377952

acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */

//

sfi_init_late();

ftrace_init();

/* Do the rest non-__inited, were now alive */

//創(chuàng)建1號進(jìn)程，詳細(xì)分析之

rest_init();

}