(連載)Android 8.0 : 系統啓動流程之Linux內核

這是一個連載的博文系列，我將持續爲你們提供儘量透徹的Android源碼分析 github連載地址

前言

Android本質上就是一個基於Linux內核的操做系統，與Ubuntu Linux、Fedora Linux相似，咱們要講Android，一定先要了解一些Linux內核的知識。

Linux內核的東西特別多，我也不可能所有講完，因爲本文主要講解Android系統啓動流程，因此這裏主要講一些內核啓動相關的知識。

Linux內核啓動主要涉及3個特殊的進程，idle進程(PID = 0), init進程(PID = 1)和kthreadd進程(PID = 2)，這三個進程是內核的基礎。

• idle進程是Linux系統第一個進程，是init進程和kthreadd進程的父進程
• init進程是Linux系統第一個用戶進程，是Android系統應用程序的始祖，咱們的app都是直接或間接以它爲父進程
• kthreadd進程是Linux系統內核管家，全部的內核線程都是直接或間接以它爲父進程

本文將以這三個進程爲線索，主要講解如下內容：

• idle進程啓動
• kthreadd進程啓動
• init進程啓動

本文涉及到的文件

msm/arch/arm64/kernel/head.S
msm/init/main.c
msm/kernel/rcutree.c
msm/kernel/fork.c
msm/mm/mempolicy.c
msm/kernel/kthread.c
msm/include/linux/kthread.h
msm/include/linux/rcupdate.h
msm/kernel/rcupdate.c
msm/kernel/pid.c
msm/include/linux/sched.h
msm/kernel/sched/core.c
msm/kernel/cpu/idle.c
msm/drivers/base/init.c
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1、idle進程啓動

不少文章講Android都從init進程講起，它的進程號是1，既然進程號是1，那麼有沒有進程號是0的進程呢，實際上是有的。

這個進程名字叫init_task，後期會退化爲idle，它是Linux系統的第一個進程(init進程是第一個用戶進程)，也是惟一一個沒有經過fork或者kernel_thread產生的進程，它在完成初始化操做後，主要負責進程調度、交換。

idle進程的啓動是用匯編語言寫的，對應文件是msm/arch/arm64/kernel/head.S，由於都是用匯編語言寫的，我就很少介紹了，具體可參考 kernel 啓動流程之head.S ,這裏面有一句比較重要

340 	str	x22, [x4]			// Save processor ID
341 	str	x21, [x5]			// Save FDT pointer
342 	str	x24, [x6]			// Save PHYS_OFFSET
343 	mov	x29, #0
344 	b	start_kernel        //跳轉start_kernel函數
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第344行，b start_kernel，b 就是跳轉的意思，跳轉到start_kernel.h，這個頭文件對應的實如今msm/init/main.c，start_kernel函數在最後會調用rest_init函數，這個函數開啓了init進程和kthreadd進程，咱們着重分析下rest_init函數。

在講源碼前，我先說明下我分析源碼的寫做風格：

• 通常我會在函數下面寫明該函數所在的位置，好比定義在msm/init/main.c中，這樣你們就能夠去項目裏找到源文件
• 我會把源碼相應的英文註釋也一併copy進來，這樣方便英文好的人能夠看到原做者的註釋
• 我會盡量將函數中每一行代碼的做用註釋下(通常以//的形式註釋在代碼結尾)，你們在看源碼的同時就能夠理解這段代碼做用，這也是我花時間最多的,請你們務必認真看。我也想過在源碼外部統一經過行號來解釋，可是感受這樣須要你們一下子看源碼，一下子看解釋，上下來回看不方便，因此乾脆寫在一塊兒了
• 爲了你們更好地閱讀註釋，我會手動作換行處理，//形式註釋可能會換行到句首，也就是可能會出如今代碼下方
• 在函數結尾我儘量總結下這個函數作了些什麼，以及這個函數涉及到的一些知識
• 對於重要的函數，我會將函數中每個調用的子函數再單獨拿出來說解
• 考慮到你們都是開發Android的比較多，對C/C++不太瞭解，在註釋中我也會講一些C/C++的知識，方便你們理解，C語言註釋我通常用/** */的形式註釋在代碼頂頭
• 爲了更好的閱讀體驗，但願你們能夠下載一下Source Insight同步看代碼，使用教程 ,能夠直接將項目中app/src/main/cpp做爲目錄加入到Source Insight中

1.1 rest_init

定義在msm/init/main.c中

/* * 1.C語言oninline與inline是一對意義相反的關鍵字，inline的做用是編譯期間直接替換代碼塊，也就是說編譯後就沒有這個方法了， * 而是直接把代碼塊替換調用這個函數的地方，oninline就相反，強制不替換，保持原有的函數 * 2.__init_refok是__init的擴展，__init 定義的初始化函數會放入名叫.init.text的輸入段，當內核啓動完畢後， * 這個段中的內存會被釋放掉，在本文中有講，關注3.5 free_initmem * 3.不帶參數的方法會加一個void參數 */
static noinline void __init_refok rest_init(void) {
	int pid;
	/* * 1.C語言中const至關於Java中的final static， 表示常量 * 2.struct是結構體，至關於Java中定義了一個實體類，裏面只有一些成員變量，{.sched_priority =1 }至關於new， * 而後將成員變量sched_priority的值賦爲1 */
	const struct sched_param param = { .sched_priority = 1 }; //初始化優先級爲1的進程調度策略，
	//取值1~99，1爲最小

	rcu_scheduler_starting(); //啓動RCU機制，這個與後面的rcu_read_lock和rcu_read_unlock是配套的，用於多核同步
	/* * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS. */

	/* * 1.C語言中支持方法傳參，kernel_thread是函數，kernel_init也是函數，可是kernel_init卻做爲參數傳遞了過去， * 其實傳遞過去的是一個函數指針,參考[函數指針](http://www.cnblogs.com/haore147/p/3647262.html) * 2.CLONE_FS這種大寫的通常就是常量了，跟Java差很少 */
	kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); //用kernel_thread方式建立init進程，
	//CLONE_FS 子進程與父進程共享相同的文件系統，包括root、當前目錄、umask，
	//CLONE_SIGHAND 子進程與父進程共享相同的信號處理（signal handler）表

	numa_default_policy(); // 設定NUMA系統的默認內存訪問策略
	pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);//用kernel_thread方式建立kthreadd進程，
	//CLONE_FILES 子進程與父進程共享相同的文件描述符（file descriptor）表

	rcu_read_lock(); //打開RCU讀取鎖，在此期間沒法進行進程切換
	/* * C語言中&的做用是得到變量的內存地址，參考[C指針](http://www.runoob.com/cprogramming/c-pointers.html) */
	kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);// 獲取kthreadd的進程描述符，
	//期間須要檢索進程pid的使用鏈表，因此要加鎖

	rcu_read_unlock(); //關閉RCU讀取鎖
	sched_setscheduler_nocheck(kthreadd_task, SCHED_FIFO, &param); //設置kthreadd的進程調度策略，
	//SCHED_FIFO 實時調度策略，即立刻調用，先到先服務，param的優先級以前定義爲1
	
	complete(&kthreadd_done); // complete和wait_for_completion是配套的同步機制，跟java的notify和wait差很少，
	//以前kernel_init函數調用了wait_for_completion(&kthreadd_done)，
	//這裏調用complete就是通知kernel_init進程kthreadd進程已建立完成，能夠繼續執行

	/* * The boot idle thread must execute schedule() * at least once to get things moving: */
	init_idle_bootup_task(current);//current表示當前進程，當前0號進程init_task設置爲idle進程
	schedule_preempt_disabled(); //0號進程主動請求調度，讓出cpu，1號進程kernel_init將會運行,而且禁止搶佔
	/* Call into cpu_idle with preempt disabled */
	cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);// 這個函數會調用cpu_idle_loop()使得idle進程進入本身的事件處理循環
}
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rest_init的字面意思是剩餘的初始化，可是它卻一點都不剩餘，它建立了Linux系統中兩個重要的進程init和kthreadd，而且將init_task進程變爲idle進程，接下來我將把rest_init中的方法逐個解析，方便你們理解。

1.2 rcu_scheduler_starting

定義在msm/kernel/rcutree.c

/* * This function is invoked towards the end of the scheduler's initialization * process. Before this is called, the idle task might contain * RCU read-side critical sections (during which time, this idle * task is booting the system). After this function is called, the * idle tasks are prohibited from containing RCU read-side critical * sections. This function also enables RCU lockdep checking. */
void rcu_scheduler_starting(void) {
	WARN_ON(num_online_cpus() != 1); //WARN_ON至關於警告，會打印出當前棧信息，不會重啓， 
	//num_online_cpus表示當前啓動的cpu數
	
	WARN_ON(nr_context_switches() > 0); // nr_context_switches 進行進程切換的次數
	rcu_scheduler_active = 1; //啓用rcu機制
}
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1.3 kernel_thread

定義在msm/kernel/fork.c

/* * Create a kernel thread. */
 
/* * 1.C語言中 int (*fn)(void *)表示函數指針的定義，int是返回值，void是函數的參數，fn是名字 * 2.C語言中 * 表示指針，這個用法不少 * 3.unsigned表示無符號，通常與long,int,char等結合使用，表示範圍只有正數， * 好比init表示範圍-2147483648～2147483647 ，那unsigned表示範圍0～4294967295，足足多了一倍 */
pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
{
	return do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED, (unsigned long)fn,
		(unsigned long)arg, NULL, NULL);
}
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do_fork函數用於建立進程，它首先調用copy_process()建立新進程，而後調用wake_up_new_task()將進程放入運行隊列中並啓動新進程。 kernel_thread的第一個參數是一個函數引用，它至關於Java中的構造函數，會在建立進程後執行，第三個參數是建立進程的方式，具體以下：

參數名	做用
CLONE_PARENT	建立的子進程的父進程是調用者的父進程，新進程與建立它的進程成了「兄弟」而不是「父子」
CLONE_FS	子進程與父進程共享相同的文件系統，包括root、當前目錄、umask
CLONE_FILES	子進程與父進程共享相同的文件描述符（file descriptor）表
CLONE_NEWNS	在新的namespace啓動子進程，namespace描述了進程的文件hierarchy
CLONE_SIGHAND	子進程與父進程共享相同的信號處理（signal handler）表
CLONE_PTRACE	若父進程被trace，子進程也被trace
CLONE_UNTRACED	若父進程被trace，子進程不被trace
CLONE_VFORK	父進程被掛起，直至子進程釋放虛擬內存資源
CLONE_VM	子進程與父進程運行於相同的內存空間
CLONE_PID	子進程在建立時PID與父進程一致
CLONE_THREAD	Linux 2.4中增長以支持POSIX線程標準，子進程與父進程共享相同的線程羣

1.4 kernel_init

定義在msm/init/main.c

這個函數比較重要，負責init進程的啓動，我將放在第三節重點講，這個函數首先調用kernel_init_freeable函數

static noinline void __init kernel_init_freeable(void) {
	/* * Wait until kthreadd is all set-up. */
	wait_for_completion(&kthreadd_done);

	...
}

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wait_for_completion以前講了，與complete是配套的同步機制，這裏就是等待&kthreadd_done這個值complete，而後就能夠繼續執行

1.5 numa_default_policy

定義在msm/mm/mempolicy.c

/* Reset policy of current process to default */
void numa_default_policy(void) {
	do_set_mempolicy(MPOL_DEFAULT, 0, NULL); //設定NUMA系統的內存訪問策略爲MPOL_DEFAULT
}
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1.6 kthreadd

定義在msm/kernel/kthread.c中

kthreadd進程我將在第二節中重點講，它是內核中重要的進程，負責內核線程的調度和管理，內核線程基本都是以它爲父進程的

1.7 rcu_read_lock & rcu_read_unlock

定義在msm/include/linux/rcupdate.h和msm/kernel/rcupdate.c中

RCU（Read-Copy Update）是數據同步的一種方式，在當前的Linux內核中發揮着重要的做用。RCU主要針對的數據對象是鏈表，目的是提升遍歷讀取數據的效率，爲了達到目的使用RCU機制讀取數據的時候不對鏈表進行耗時的加鎖操做。這樣在同一時間能夠有多個線程同時讀取該鏈表，而且容許一個線程對鏈表進行修改（修改的時候，須要加鎖）

static inline void rcu_read_lock(void) {
	__rcu_read_lock();
	__acquire(RCU);
	rcu_lock_acquire(&rcu_lock_map);
	rcu_lockdep_assert(!rcu_is_cpu_idle(),
			   "rcu_read_lock() used illegally while idle");
}

static inline void rcu_read_unlock(void) {
	rcu_lockdep_assert(!rcu_is_cpu_idle(),
			   "rcu_read_unlock() used illegally while idle");
	rcu_lock_release(&rcu_lock_map);
	__release(RCU);
	__rcu_read_unlock();
}
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1.8 find_task_by_pid_ns

定義在msm/kernel/pid.c中

task_struct叫進程描述符，這個結構體包含了一個進程所需的全部信息，它定義在msm/include/linux/sched.h文件中。

它的結構十分複雜，本文就不重點講了，能夠參考Linux進程描述符task_struct結構體詳解

/* * Must be called under rcu_read_lock(). */
struct task_struct *find_task_by_pid_ns(pid_t nr, struct pid_namespace *ns) {
	rcu_lockdep_assert(rcu_read_lock_held(),
			   "find_task_by_pid_ns() needs rcu_read_lock()"
			   " protection"); //必須進行RCU加鎖
	return pid_task(find_pid_ns(nr, ns), PIDTYPE_PID);
}

struct pid *find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns) {
	struct upid *pnr;

	hlist_for_each_entry_rcu(pnr,
			&pid_hash[pid_hashfn(nr, ns)], pid_chain)
			/* * C語言中 -> 用於指向結構體 struct 中的數據 */
		if (pnr->nr == nr && pnr->ns == ns)
			return container_of(pnr, struct pid,
					numbers[ns->level]); //遍歷hash表，找到struct pid

	return NULL;
}

struct task_struct *pid_task(struct pid *pid, enum pid_type type) {
	struct task_struct *result = NULL;
	if (pid) {
		struct hlist_node *first;
		first = rcu_dereference_check(hlist_first_rcu(&pid->tasks[type]),
					      lockdep_tasklist_lock_is_held());
		if (first)
			result = hlist_entry(first, struct task_struct, pids[(type)].node); //從hash表中找出struct task_struct
	}
	return result;
}
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find_task_by_pid_ns的做用就是根據pid，在hash表中得到對應pid的task_struct

1.9 sched_setscheduler_nocheck

定義在msm/kernel/sched/core.c中

int sched_setscheduler_nocheck(struct task_struct *p, int policy, const struct sched_param *param) {
	struct sched_attr attr = {
		.sched_policy   = policy,
		.sched_priority = param->sched_priority
	};
	return __sched_setscheduler(p, &attr, false); //設置進程調度策略
}
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linux內核目前實現了6種調度策略(即調度算法), 用於對不一樣類型的進程進行調度, 或者支持某些特殊的功能

• SCHED_FIFO和SCHED_RR和SCHED_DEADLINE則採用不一樣的調度策略調度實時進程，優先級最高

• SCHED_NORMAL和SCHED_BATCH調度普通的非實時進程，優先級普通

• SCHED_IDLE則在系統空閒時調用idle進程，優先級最低

1.10 init_idle_bootup_task

定義在msm/kernel/sched/core.c中

void __cpuinit init_idle_bootup_task(struct task_struct *idle) {
	idle->sched_class = &idle_sched_class; //設置進程的調度器類爲idle_sched_class
}
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Linux依據其調度策略的不一樣實現了5個調度器類, 一個調度器類能夠用一種種或者多種調度策略調度某一類進程, 也能夠用於特殊狀況或者調度特殊功能的進程.

其所屬進程的優先級順序爲

stop_sched_class -> dl_sched_class -> rt_sched_class -> fair_sched_class -> idle_sched_class
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可見idle_sched_class的優先級最低，只有系統空閒時才調用idle進程

1.11 schedule_preempt_disabled

定義在msm/kernel/sched/core.c中

/** * schedule_preempt_disabled - called with preemption disabled * * Returns with preemption disabled. Note: preempt_count must be 1 */
void __sched schedule_preempt_disabled(void) {
	sched_preempt_enable_no_resched(); //開啓內核搶佔
	schedule();  // 並主動請求調度，讓出cpu
	preempt_disable(); // 關閉內核搶佔
}
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1.9到1.11都涉及到Linux的進程調度問題，能夠參考 Linux用戶搶佔和內核搶佔詳解

1.12 cpu_startup_entry

定義在msm/kernel/cpu/idle.c中

void cpu_startup_entry(enum cpuhp_state state) {
	/* * This #ifdef needs to die, but it's too late in the cycle to * make this generic (arm and sh have never invoked the canary * init for the non boot cpus!). Will be fixed in 3.11 */
	 
	 
	 /* * 1.C語言中#ifdef和#else、#endif是條件編譯語句，也就是說在知足某些條件的時候， * 夾在這幾個關鍵字中間的代碼才編譯，不知足就不編譯 * 2.下面這句話的意思就是若是定義了CONFIG_X86這個宏，就把boot_init_stack_canary這個代碼編譯進去 */
#ifdef CONFIG_X86
	/* * If we're the non-boot CPU, nothing set the stack canary up * for us. The boot CPU already has it initialized but no harm * in doing it again. This is a good place for updating it, as * we wont ever return from this function (so the invalid * canaries already on the stack wont ever trigger). */
	boot_init_stack_canary();//只有在x86這種non-boot CPU機器上執行，該函數主要用於初始化stack_canary的值,用於防止棧溢出
#endif
	__current_set_polling(); //設置本架構下面有標示輪詢poll的bit位，保證cpu進行從新調度。
	arch_cpu_idle_prepare(); //進行idle前的準備工做，ARM64中沒有實現
	per_cpu(idle_force_poll, smp_processor_id()) = 0;
	cpu_idle_loop(); //進入idle進程的事件循環
}

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1.13 cpu_idle_loop

定義在msm/kernel/cpu/idle.c中

/* * Generic idle loop implementation */
static void cpu_idle_loop(void) {
	while (1) { //開啓無限循環，進行進程調度
		tick_nohz_idle_enter(); //中止週期時鐘

		while (!need_resched()) { //判斷是否有設置TIF_NEED_RESCHED，只有系統沒有進程須要調度時才執行while裏面操做
			check_pgt_cache();
			rmb();

			local_irq_disable(); //關閉irq中斷
			arch_cpu_idle_enter();

			/* * In poll mode we reenable interrupts and spin. * * Also if we detected in the wakeup from idle * path that the tick broadcast device expired * for us, we don't want to go deep idle as we * know that the IPI is going to arrive right * away */
			if (cpu_idle_force_poll ||
			    tick_check_broadcast_expired() ||
			    __get_cpu_var(idle_force_poll)) {
				cpu_idle_poll(); //進入 CPU 的poll mode模式，避免進入深度睡眠，能夠處理 處理器間中斷
			} else {
				if (!current_clr_polling_and_test()) {
					stop_critical_timings();
					rcu_idle_enter();
					arch_cpu_idle(); //進入 CPU 的 idle 模式，省電
					WARN_ON_ONCE(irqs_disabled());
					rcu_idle_exit();
					start_critical_timings();
				} else {
					local_irq_enable();
				}
				__current_set_polling();
			}
			arch_cpu_idle_exit();
		}
		tick_nohz_idle_exit(); //若是有進程須要調度，則先開啓週期時鐘
		schedule_preempt_disabled(); //讓出cpu，執行調度
		if (cpu_is_offline(smp_processor_id())) //若是當前cpu處理offline狀態，關閉idle進程
			arch_cpu_idle_dead();

	}
}
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idle進程並不執行什麼複雜的工做，只有在系統沒有其餘進程調度的時候才進入idle進程，而在idle進程中儘量讓cpu空閒下來，連週期時鐘也關掉了，達到省電目的。當有其餘進程須要調度的時候，立刻開啓週期時鐘，而後讓出cpu。

小結

idle進程是Linux系統的第一個進程，進程號是0，在完成系統環境初始化工做以後，開啓了兩個重要的進程，init進程和kthreadd進程，執行完建立工做以後，開啓一個無限循環，負責進程的調度。

2、kthreadd進程啓動

以前在rest_init函數中啓動了kthreadd進程

pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
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進程建立成功後會執行kthreadd函數

2.1 kthreadd

定義在msm/kernel/kthread.c中

int kthreadd(void *unused) {
	struct task_struct *tsk = current;

	/* Setup a clean context for our children to inherit. */
	set_task_comm(tsk, "kthreadd");
	ignore_signals(tsk);
	set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpu_all_mask); // 容許kthreadd在任意CPU上運行
	set_mems_allowed(node_states[N_MEMORY]);

	current->flags |= PF_NOFREEZE;

	for (;;) {
		set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //首先將線程狀態設置爲 TASK_INTERRUPTIBLE, 
		//若是當前沒有要建立的線程則主動放棄 CPU 完成調度.此進程變爲阻塞態
		
		if (list_empty(&kthread_create_list)) // 沒有須要建立的內核線程
			schedule(); // 執行一次調度, 讓出CPU
		__set_current_state(TASK_RUNNING);// 運行到此表示 kthreadd 線程被喚醒(就是咱們當前),設置進程運行狀態爲 TASK_RUNNING
		spin_lock(&kthread_create_lock); //spin_lock和spin_unlock是配套的加鎖機制，spin_lock是加鎖
		while (!list_empty(&kthread_create_list)) {
			struct kthread_create_info *create;

			create = list_entry(kthread_create_list.next,
					    struct kthread_create_info, list); //kthread_create_list是一個鏈表，
					    //從鏈表中取出下一個要建立的kthread_create_info,即線程建立信息
					    
			list_del_init(&create->list); //刪除create中的list
			spin_unlock(&kthread_create_lock); //解鎖

			create_kthread(create); //建立線程

			spin_lock(&kthread_create_lock); 
		}
		spin_unlock(&kthread_create_lock);
	}

	return 0;
}
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kthreadd函數的做用就是循環地從kthread_create_list鏈表中取出要建立的線程，而後執行create_kthread函數，直到kthread_create_list爲空，讓出CPU,進入睡眠，咱們來看下create_kthread函數

2.2 create_kthread

定義在msm/kernel/kthread.c中

static void create_kthread(struct kthread_create_info *create) {
	int pid;

#ifdef CONFIG_NUMA
	current->pref_node_fork = create->node;
#endif
	/* We want our own signal handler (we take no signals by default). */
	pid = kernel_thread(kthread, create, CLONE_FS | CLONE_FILES | SIGCHLD);
	if (pid < 0) {
		create->result = ERR_PTR(pid);
		complete(&create->done);
	}
}
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其實這裏面就是調用kernel_thread函數建立進程，而後執行kthread函數，注意不要搞混了，以前那個函數叫kthreadd，接下來看看kthread函數

2.3 kthread

定義在msm/kernel/kthread.c中

static int kthread(void *_create) {
	/* Copy data: it's on kthread's stack */
	struct kthread_create_info *create = _create;  // create 就是以前kthreadd函數循環取出的 kthread_create_info
	int (*threadfn)(void *data) = create->threadfn; //新線程工做函數
	void *data = create->data;
	struct kthread self;
	int ret;

	self.flags = 0;
	self.data = data;
	init_completion(&self.exited);
	init_completion(&self.parked);
	current->vfork_done = &self.exited;

	/* OK, tell user we're spawned, wait for stop or wakeup */
	__set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
	create->result = current;
	complete(&create->done); //表示線程建立完畢
	schedule(); //讓出CPU，注意這裏並無執行新線程的threadfn函數就直接進入睡眠了，而後等待線程被手動喚醒，而後才執行threadfn

	ret = -EINTR;

	if (!test_bit(KTHREAD_SHOULD_STOP, &self.flags)) {
		__kthread_parkme(&self);
		ret = threadfn(data);
	}
	/* we can't just return, we must preserve "self" on stack */
	do_exit(ret);
}
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2.4 kthread_create & kthread_run

定義在msm/include/linux/kthread.h

kthreadd建立線程是遍歷kthread_create_list列表，那kthread_create_list列表中的值是哪兒來的呢？咱們知道Linux建立內核線程有兩種方式，kthread_create和kthread_run

#define kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...) \ kthread_create_on_node(threadfn, data, -1, namefmt, ##arg)

#define kthread_run(threadfn, data, namefmt, ...) \ ({ \ struct task_struct *__k \ = kthread_create(threadfn, data, namefmt, ## __VA_ARGS__); \ if (!IS_ERR(__k)) \ wake_up_process(__k); //手動喚醒新線程 \
	__k;								   \
})
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kthread_create和kthread_run並非函數，而是宏，宏至關於Java中的final static定義，在編譯時會替換對應代碼，宏的參數沒有類型定義，多行宏的定義會在行末尾加上\

這兩個宏最終都是調用kthread_create_on_node函數，只是kthread_run在線程建立完成後會手動喚醒，咱們來看看kthread_create_on_node函數

2.5 kthread_create_on_node

定義在msm/kernel/kthread.c中

/**
 * kthread_create_on_node - create a kthread.
 * @threadfn: the function to run until signal_pending(current).
 * @data: data ptr for @threadfn.
 * @node: memory node number.
 * @namefmt: printf-style name for the thread.
 *
 * Description: This helper function creates and names a kernel
 * thread.  The thread will be stopped: use wake_up_process() to start
 * it.  See also kthread_run().
 *
 * If thread is going to be bound on a particular cpu, give its node
 * in @node, to get NUMA affinity for kthread stack, or else give -1.
 * When woken, the thread will run @threadfn() with @data as its
 * argument. @threadfn() can either call do_exit() directly if it is a
 * standalone thread for which no one will call kthread_stop(), or
 * return when 'kthread_should_stop()' is true (which means
 * kthread_stop() has been called).  The return value should be zero
 * or a negative error number; it will be passed to kthread_stop().
 *
 * Returns a task_struct or ERR_PTR(-ENOMEM).
 */
struct task_struct *kthread_create_on_node(int (*threadfn)(void *data),
					   void *data, int node,
					   const char namefmt[],
					   ...)
{
	struct kthread_create_info create;

	create.threadfn = threadfn;
	create.data = data;
	create.node = node;
	init_completion(&create.done);  //初始化&create.done，以前講過completion和wait_for_completion同步

	spin_lock(&kthread_create_lock);  //加鎖，以前也講過
	list_add_tail(&create.list, &kthread_create_list);  //將要建立的線程加到kthread_create_list鏈表尾部
	spin_unlock(&kthread_create_lock);

	wake_up_process(kthreadd_task);  //喚醒kthreadd進程，開啓列表循環建立線程
	wait_for_completion(&create.done);  //當&create.done complete時，會繼續往下執行

	if (!IS_ERR(create.result)) {
		static const struct sched_param param = { .sched_priority = 0 };
		va_list args;  //不定參數定義，至關於Java中的... ，定義多個數量不定的參數

		va_start(args, namefmt);
		vsnprintf(create.result->comm, sizeof(create.result->comm),
			  namefmt, args);
		va_end(args);
		/*
		 * root may have changed our (kthreadd's) priority or CPU mask.
		 * The kernel thread should not inherit these properties.
		 */
		sched_setscheduler_nocheck(create.result, SCHED_NORMAL, &param);  //create.result類型爲task_struct，
		//該函數做用是設置新線程調度策略，SCHED_NORMAL 普通調度策略，非實時，
		//優先級低於實時調度策略SCHED_FIFO和SCHED_RR，param的優先級上面定義爲0
		
		set_cpus_allowed_ptr(create.result, cpu_all_mask); //容許新線程在任意CPU上運行
	}
	return create.result;
}
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kthread_create_on_node主要做用就是在kthread_create_list鏈表尾部加上要建立的線程，而後喚醒kthreadd進程進行具體建立工做

小結

kthreadd進程由idle經過kernel_thread建立，並始終運行在內核空間, 負責全部內核線程的調度和管理，全部的內核線程都是直接或者間接的以kthreadd爲父進程。

• kthreadd進程會執行一個kthreadd的函數，該函數的做用就是遍歷kthread_create_list鏈表，從鏈表中取出須要建立的內核線程進行建立, 建立成功後會執行kthread函數。

• kthread函數完成一些初始賦值後就讓出CPU，並無執行新線程的工做函數，所以須要手工 wake up被喚醒後，新線程才執行本身的真正工做函數。

• 當咱們調用kthread_create和kthread_run建立的內核線程會被加入到kthread_create_list鏈表，kthread_create不會手動wake up新線程，kthread_run會手動wake up新線程。

其實這就是一個典型的生產者消費者模式，kthread_create和kthread_run負責生產各類內核線程建立需求，kthreadd開啓循環去消費各類內核線程建立需求。

3、init進程啓動

init進程分爲先後兩部分，前一部分是在內核啓動的，主要是完成建立和內核初始化工做，內容都是跟Linux內核相關的;後一部分是在用戶空間啓動的，主要完成Android系統的初始化工做。

我這裏要講的是前一部分，後一部分將在下一篇文章中講述。

以前在rest_init函數中啓動了init進程

kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
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在建立完init進程後，會調用kernel_init函數

3.1 kernel_init

定義在msm/init/main.c中

/* * __ref 這個跟以前講的__init做用同樣 */
static int __ref kernel_init(void *unused) {
	kernel_init_freeable(); //進行init進程的一些初始化操做
	/* need to finish all async __init code before freeing the memory */
	async_synchronize_full();// 等待全部異步調用執行完成,，在釋放內存前，必須完成全部的異步 __init 代碼
	free_initmem();// 釋放全部init.* 段中的內存
	mark_rodata_ro(); //arm64空實現
	system_state = SYSTEM_RUNNING;// 設置系統狀態爲運行狀態
	numa_default_policy(); // 設定NUMA系統的默認內存訪問策略

	flush_delayed_fput(); // 釋放全部延時的struct file結構體

	if (ramdisk_execute_command) { //ramdisk_execute_command的值爲"/init"
		if (!run_init_process(ramdisk_execute_command)) //運行根目錄下的init程序
			return 0;
		pr_err("Failed to execute %s\n", ramdisk_execute_command);
	}

	/* * We try each of these until one succeeds. * * The Bourne shell can be used instead of init if we are * trying to recover a really broken machine. */
	if (execute_command) { //execute_command的值若是有定義就去根目錄下找對應的應用程序,而後啓動
		if (!run_init_process(execute_command))
			return 0;
		pr_err("Failed to execute %s. Attempting defaults...\n",
			execute_command);
	}
	if (!run_init_process("/sbin/init") || //若是ramdisk_execute_command和execute_command定義的應用程序都沒有找到，
	//就到根目錄下找 /sbin/init，/etc/init，/bin/init,/bin/sh 這四個應用程序進行啓動
	
	    !run_init_process("/etc/init") ||
	    !run_init_process("/bin/init") ||
	    !run_init_process("/bin/sh"))
		return 0;

	panic("No init found. Try passing init= option to kernel. "
	      "See Linux Documentation/init.txt for guidance.");
}
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kernel_init主要工做是完成一些init的初始化操做，而後去系統根目錄下依次找ramdisk_execute_command和execute_command設置的應用程序，若是這兩個目錄都找不到，就依次去根目錄下找 /sbin/init，/etc/init，/bin/init,/bin/sh 這四個應用程序進行啓動，只要這些應用程序有一個啓動了，其餘就不啓動了

ramdisk_execute_command和execute_command的值是經過bootloader傳遞過來的參數設置的，ramdisk_execute_command經過"rdinit"參數賦值，execute_command經過"init"參數賦值

ramdisk_execute_command若是沒有被賦值，kernel_init_freeable函數會賦一個初始值"/init"

3.2 kernel_init_freeable

定義在msm/init/main.c中

static noinline void __init kernel_init_freeable(void) {
	/* * Wait until kthreadd is all set-up. */
	wait_for_completion(&kthreadd_done); //等待&kthreadd_done這個值complete,這個在rest_init方法中有寫，在ktreadd進程啓動完成後設置爲complete

	/* Now the scheduler is fully set up and can do blocking allocations */
	gfp_allowed_mask = __GFP_BITS_MASK;//設置bitmask, 使得init進程可使用PM而且容許I/O阻塞操做

	/* * init can allocate pages on any node */
	set_mems_allowed(node_states[N_MEMORY]);//init進程能夠分配物理頁面
	/* * init can run on any cpu. */
	set_cpus_allowed_ptr(current, cpu_all_mask); //init進程能夠在任意cpu上執行

	cad_pid = task_pid(current); //設置到init進程的pid號給cad_pid，cad就是ctrl-alt-del，設置init進程來處理ctrl-alt-del信號

	smp_prepare_cpus(setup_max_cpus);//設置smp初始化時的最大CPU數量，而後將對應數量的CPU狀態設置爲present

	do_pre_smp_initcalls();//調用__initcall_start到__initcall0_start之間的initcall_t函數指針
	lockup_detector_init(); //開啓watchdog_threads，watchdog主要用來監控、管理CPU的運行狀態

	smp_init();//啓動cpu0外的其餘cpu核
	sched_init_smp(); //進程調度域初始化

	do_basic_setup();//初始化設備，驅動等，這個方法比較重要，將在下面單獨講

	/* Open the /dev/console on the rootfs, this should never fail */
	if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0) // 打開/dev/console，
	//文件號0，做爲init進程標準輸入
	
		pr_err("Warning: unable to open an initial console.\n");

	(void) sys_dup(0);// 標準輸入
	(void) sys_dup(0);// 標準輸出
	/* * check if there is an early userspace init. If yes, let it do all * the work */

	if (!ramdisk_execute_command)  //若是 ramdisk_execute_command 沒有賦值，則賦值爲"/init"，以前有講到
		ramdisk_execute_command = "/init";

	if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) { 
	// 嘗試進入ramdisk_execute_command指向的文件，若是失敗則從新掛載根文件系統
	
		ramdisk_execute_command = NULL;
		prepare_namespace();
	}

	/* * Ok, we have completed the initial bootup, and * we're essentially up and running. Get rid of the * initmem segments and start the user-mode stuff.. */

	/* rootfs is available now, try loading default modules */
	load_default_modules(); // 加載I/O調度的電梯算法
}

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kernel_init_freeable函數作了不少重要的事情

• 啓動了smp，smp全稱是Symmetrical Multi-Processing，即對稱多處理，是指在一個計算機上聚集了一組處理器(多CPU),各CPU之間共享內存子系統以及總線結構。
• 初始化設備和驅動程序
• 打開標準輸入和輸出
• 初始化文件系統

3.3 do_basic_setup

定義在msm/init/main.c中

/* * Ok, the machine is now initialized. None of the devices * have been touched yet, but the CPU subsystem is up and * running, and memory and process management works. * * Now we can finally start doing some real work.. */
static void __init do_basic_setup(void) {
	cpuset_init_smp();//針對SMP系統，初始化內核control group的cpuset子系統。
	usermodehelper_init();// 建立khelper單線程工做隊列，用於協助新建和運行用戶空間程序
	shmem_init();// 初始化共享內存
	driver_init();// 初始化設備驅動，比較重要下面單獨講
	init_irq_proc();//建立/proc/irq目錄, 並初始化系統中全部中斷對應的子目錄
	do_ctors();// 執行內核的構造函數
	usermodehelper_enable();// 啓用usermodehelper
	do_initcalls();//遍歷initcall_levels數組，調用裏面的initcall函數，這裏主要是對設備、驅動、文件系統進行初始化，
	//之全部將函數封裝到數組進行遍歷，主要是爲了好擴展
	
	random_int_secret_init();//初始化隨機數生成池
}
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3.4 driver_init

定義在msm/drivers/base/init.c中

/** * driver_init - initialize driver model. * * Call the driver model init functions to initialize their * subsystems. Called early from init/main.c. */
void __init driver_init(void) {
	/* These are the core pieces */
	devtmpfs_init();// 註冊devtmpfs文件系統，啓動kdevtmpfs進程
	devices_init();// 初始化驅動模型中的部分子系統，kset：devices 和 kobject：dev、 dev/block、 dev/char
	buses_init();// 初始化驅動模型中的bus子系統，kset：bus、devices/system
	classes_init();// 初始化驅動模型中的class子系統，kset：class
	firmware_init();// 初始化驅動模型中的firmware子系統 ，kobject：firmware
	hypervisor_init();// 初始化驅動模型中的hypervisor子系統，kobject：hypervisor

	/* These are also core pieces, but must come after the * core core pieces. */
	platform_bus_init();// 初始化驅動模型中的bus/platform子系統,這個節點是全部platform設備和驅動的總線類型，
	//即全部platform設備和驅動都會掛載到這個總線上
	
	cpu_dev_init(); // 初始化驅動模型中的devices/system/cpu子系統,該節點包含CPU相關的屬性
	memory_dev_init();//初始化驅動模型中的/devices/system/memory子系統,該節點包含了內存相關的屬性，如塊大小等
}

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這個函數完成驅動子系統的構建，實現了Linux設備驅動的一個總體框架，可是它只是創建了目錄結構，具體驅動的裝載是在do_initcalls函數，以前有講

kernel_init_freeable函數告一段落了，咱們接着講kernel_init中剩餘的函數

3.5 free_initmem

定義在msm/arch/arm64/mm/init.c中中

void free_initmem(void) {
	poison_init_mem(__init_begin, __init_end - __init_begin);
	free_initmem_default(0);
}
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全部使用__init標記過的函數和使用__initdata標記過的數據，在free_initmem函數執行後，都不能使用，它們曾經得到的內存如今能夠從新用於其餘目的。

3.6 flush_delayed_fput

定義在msm/arch/arm64/mm/init.c中,它執行的是delayed_fput(NULL)

static void delayed_fput(struct work_struct *unused) {
	LIST_HEAD(head);
	spin_lock_irq(&delayed_fput_lock);
	list_splice_init(&delayed_fput_list, &head);
	spin_unlock_irq(&delayed_fput_lock);
	while (!list_empty(&head)) {
		struct file *f = list_first_entry(&head, struct file, f_u.fu_list);
		list_del_init(&f->f_u.fu_list); //刪除fu_list
		__fput(f); //釋放struct file
	}
}
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這個函數主要用於釋放&delayed_fput_list這個鏈表中的struct file，struct file即文件結構體，表明一個打開的文件，系統中的每一個打開的文件在內核空間都有一個關聯的 struct file。

3.7 run_init_process

定義在msm/init/main.c中

static int run_init_process(const char *init_filename) {
	argv_init[0] = init_filename;
	return do_execve(init_filename,
		(const char __user *const __user *)argv_init,
		(const char __user *const __user *)envp_init); //do_execve就是執行一個可執行文件
}
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run_init_process就是運行可執行文件了，從kernel_init函數中可知，系統會依次去找根目錄下的init，execute_command，/sbin/init，/etc/init，/bin/init,/bin/sh這六個可執行文件，只要找到其中一個，其餘就不執行。

Android系統通常會在根目錄下放一個init的可執行文件，也就是說Linux系統的init進程在內核初始化完成後，就直接執行init這個文件，這個文件的源代碼在platform/system/core/init/init.cpp，下一篇文章中我將從這個文件爲入口，講解Android系統的init進程。

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