arm Linux系統啟動之start_kernel函數

head-common.S

---具體做了哪些動作

---跳轉到init/main.c

---b start_kernel

//關于start_kernel的強文深入理解linux內核，第八章

main.c

asmlinkage void __init start_kernel(void)

{

char * command_line;

extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];

//來設置smp process id，當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內核的一個調試模塊，用來檢查內核互斥機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介紹，在此只是簡單列舉）：

//

//·同一個進程遞歸地加鎖同一把鎖；

//

//·一把鎖既在中斷（或中斷下半部）使能的情況下執行過加鎖操作，

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

//

//·加鎖后導致依賴圖產生成閉環，這是典型的死鎖現象。

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的堆棧。

// 當user space的程序通過int 0x80進入內核空間的時候，CPU自動完成一次堆棧切換，

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

// 在這個進程exit之前所發生的所有系統調用所使用的kernel stack都是同一個。

//kernel stack的大小一般為4096/8192，

//內核堆棧示意圖幫助大家理解：

//

// 內存低址 內存高址

// | |<-----------------------------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.即一組進程的行為控制.

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

// 然后將/bin/sh進程添加到這個cgroup中.當然,一個cgroup可以有多個進程.

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

cgroup_init_early();

//更新kernel中的所有的立即數值，但是包括哪些需要再看？

core_imv_update();

//關閉當前CUP中斷

local_irq_disable();

//修改標記early_boot_irqs_enabled;

//通過一個靜態全局變量 early_boot_irqs_enabled來幫助我們調試代碼，

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

early_boot_irqs_off();

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

//這個函數的主要作用是設置所有的 IRQ描述符（struct irq_desc）的鎖是統一的鎖，

//還是每一個IRQ描述符（struct irq_desc）都有一個小鎖。

early_init_irq_lock_class();

/*

* Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then

* enable them

*/

// 大內核鎖（BKL--Big Kernel Lock）

//大內核鎖本質上也是自旋鎖，但是它又不同于自旋鎖，自旋鎖是不可以遞歸獲得鎖的，因為那樣會導致死鎖。

//但大內核鎖可以遞歸獲得鎖。大內核鎖用于保護整個內核，而自旋鎖用于保護非常特定的某一共享資源。

//進程保持大內核鎖時可以發生調度，具體實現是：

//在執行schedule時，schedule將檢查進程是否擁有大內核鎖，如果有，它將被釋放，以致于其它的進程能夠獲得該鎖，

//而當輪到該進程運行時，再讓它重新獲得大內核鎖。注意在保持自旋鎖期間是不運行發生調度的。

//需要特別指出，整個內核只有一個大內核鎖，其實不難理解，內核只有一個，而大內核鎖是保護整個內核的，當然有且只有一個就足夠了。

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

//從2.6.11內核起，大內核鎖可以通過配置內核使其變得可搶占（自旋鎖是不可搶占的），這時它實質上是一個互斥鎖，使用信號量實現。

//大內核鎖的API包括：

//

//void lock_kernel(void);

//

//該函數用于得到大內核鎖。它可以遞歸調用而不會導致死鎖。

//

//void unlock_kernel(void);

//

//該函數用于釋放大內核鎖。當然必須與lock_kernel配對使用，調用了多少次lock_kernel，就需要調用多少次unlock_kernel。

//大內核鎖的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，時鐘

tick_init();

//函數 tick_init() 很簡單，調用 clockevents_register_notifier 函數向 clockevents_chain 通知鏈注冊元素：

// tick_notifier。這個元素的回調函數指明了當時鐘事件設備信息發生變化（例如新加入一個時鐘事件設備等等）時，

//應該執行的操作，該回調函數為 tick_notify

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

boot_cpu_init();

//初始化頁地址，當然對于arm這里是個空函數

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

page_address_init();

printk(KERN_NOTICE "%s", linux_banner);

//系結構相關的內核初始化過程

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

setup_arch(&command_line);

//初始化內存管理

mm_init_owner(&init_mm, &init_task);

//處理啟動命令，這里就是設置的cmd_line

setup_command_line(command_line);

//這個在定義了SMP的時候有作用，現在這里為空函數；對于smp的使用，后面在看。。。

setup_nr_cpu_ids();

//如果沒有定義CONFIG_SMP宏，則這個函數為空函數。

//如果定義了CONFIG_SMP宏，則這個setup_per_cpu_areas()函數給每個CPU分配內存，

//并拷貝.data.percpu段的數據。為系統中的每個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環境，則設置boot CPU的一些數據。在引導過程中使用的CPU稱為boot CPU

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

//設置node 和 zone 數據結構

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

build_all_zonelists(NULL);

//初始化page allocation相關結構

page_alloc_init();

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

//解析內核參數

//對內核參數的解析：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，以便于從進程的PID獲得對應的進程描述指針，按照實際的物理內存初始化pid hash表

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

pidhash_init();

//初始化VFS的兩個重要數據結構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設置的異常表，也就是__start___ex_table和__stop___ex_table之中的所有元素進行排序

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.

*/

//核心進程調度器初始化，調度器的初始化的優先級要高于任何中斷的建立，

//并且初始化進程0，即idle進程，但是并沒有設置idle進程的NEED_RESCHED標志，

//所以還會繼續完成內核初始化剩下的事情。

//這里僅僅為進程調度程序的執行做準備。

//它所做的具體工作是調用init_bh函數(kernel/softirq.c)把timer,tqueue,immediate三個人物隊列加入下半部分的數組

sched_init();

/*

* Disable preemption - early bootup scheduling is extremely

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

*/

//搶占計數器加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機制是Linux2.6之后提供的一種數據一致性訪問的機制，

//從RCU（read-copy-update）的名稱上看，我們就能對他的實現機制有一個大概的了解，

//在修改數據的時候，首先需要讀取數據，然后生成一個副本，對副本進行修改，

//修改完成之后再將老數據update成新的數據，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緩沖區中的磁盤塊，

//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 則對數組中每個成員結構進行初始化,

//例如, 初始每個中斷源的中斷號.其他的函數基本為空.

early_irq_init();

//初始化IRQ中斷和終端描述符。

//初始化系統中支持的最大可能的中斷描述結構struct irqdesc變量數組irq_desc[NR_IRQS],

//把每個結構變量irq_desc[n]都初始化為預先定義好的壞中斷描述結構變量bad_irq_desc,

//并初始化該中斷的鏈表表頭成員結構變量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();

//初始化定時器Timer相關的數據結構

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

init_timers();

//對高精度時鐘進行初始化

hrtimers_init();

//軟中斷初始化

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

softirq_init();

//初始化時鐘源

timekeeping_init();

//初始化系統時間，

//檢查系統定時器描述結構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。

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

time_init();

//profile只是內核的一個調試性能的工具，

//這個可以通過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

early_boot_irqs_on();

//與local_irq_disbale相對應，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的內容，在此之前調用的printk，只是把數據存到緩沖區里，

//只有在這個函數調用后，才會在控制臺打印出內容

//該函數執行后可調用printk()函數將log_buf中符合打印級別要求的系統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()是一個空函數，否則執行鎖自測

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機制

page_cgroup_init();

//頁面分配debug啟用

enable_debug_pagealloc();

//此處函數為空

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之后表示建立一個高速緩沖池，建立起SLAB_DEBUG_OBJECTS標志。？？？

debug_objects_mem_init();

//idr在linux內核中指的就是整數ID管理機制，

//從本質上來說，這就是一種將整數ID號和特定指針關聯在一起的機制

//idr機制適用在那些需要把某個整數和特定指針關聯在一起的地方。

//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();

//初始化調度時鐘

sched_clock_init();

//calibrate_delay（）函數可以計算出cpu在一秒鐘內執行了多少次一個極短的循環，

//計算出來的值經過處理后得到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這個函數是linux內核中一個cpu性能測試函數。

//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anon_vma_cachep作為anon_vma的slab緩存。

//這個技術是PFRA（頁框回收算法）技術中的組成部分。

//這個技術為定位而生——快速的定位指向同一頁框的所有頁表項。

anon_vma_init();

#ifdef CONFIG_X86

if (efi_enabled)

efi_enter_virtual_mode();

#endif

//創建thread_info緩存

thread_info_cache_init();

//申請了一個slab來存放credentials??????如何理解？

cred_init();

//根據物理內存大小計算允許創建進程的數量

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

fork_init(totalram_pages);

//給進程的各種資源管理結構分配了相應的對象緩存區

//http://www.shangshuwu.cn/index.php/Linux內核的進程創建

proc_caches_init();

//創建 buffer_head SLAB 緩存

buffer_init();

//初始化key的management stuff

key_init();

//關于系統安全的初始化，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

dbg_late_init();

//調用kmem_cache_create()函數來為VFS創建各種SLAB分配器緩存

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

vfs_caches_init(totalram_pages);

//創建信號隊列

signals_init();

/* rootfs populating might need page-writeback */

//回寫相關的初始化

//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添加進哈希數組css_set_table[ ]中.

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

//它是css_set->subsys為哈希鍵值,到css_set_table[ ]中找到對應項.然后調用hlist_add_head()將init_css_set添加到沖突項中.

//然后,注冊了cgroup文件系統.這個文件系統也是我們在用戶空間使用cgroup時必須掛載的.

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

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

cgroup_init();

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

cpuset_init();

////進程狀態初始化，實際上就是分配了一個存儲線程狀態的高速緩存

taskstats_init_early();

delayacct_init();

//此處為一空函數

imv_init_complete();

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

check_bugs();

//電源相關的初始化

//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 */

//創建1號進程，詳細分析之

rest_init();

}