Linux Kernel系列一：開篇和Kernel啓動概要

前言

最近幾個月將Linux Kernel的大概研究了一下，下面須要進行深刻詳細的分析。主要將以S3C2440的一塊開發板爲硬件實體。大概包括以下內容：

1 bootloader分析，以uboot爲主，結合具體開發板的狀況。個人目標是解釋清楚uboot的工做原理（說實話，分析過程當中不太想被硬件綁架，可是須要以一個實際的例子

來作分析）

2 kernel部分，這就不少內容了。打算從kernel啓動的流程開始分析。

3 除kernel自己外，還有不少的知識，例如ld的輸入script分析等，這裏會一塊兒介紹。

kernel啓動流程概要

一：內核Image的組成

1 ES（Embed System）啓動的時候，CPU加電，執行的第一條語句是Bootloader，這個很是相似PC機上的BIOS。BL將內核加載後，控制器移交給LK

2 LK執行的第一條語句是什麼？vmlinux是單體的內核表示。根據前面說的內核編譯鏈接知識，第一條語句是head.S中（歷史緣由，MD，有不少文件都叫head.S）

 咱們須要從新分析一下內核(這裏就是zImage了)的組成，（方法很簡單，研究make的執行過程，經過make V=1 zImage能夠獲得幾乎所有信息）

• vmlinux，這個是未壓縮、未strip的內核模塊，ELF結構
• Image：二進制、未壓縮、可是strip後的內核
• head.o：ARM相關的，由BL將控制權轉交給它。即前面提到的head.S生成
• pigg.gz：Image文件的gzip壓縮
• piggy.o：由piggy.S生成，這個S文件經過include Bin方式將Image包含進來。piggy的意思就是揹負、肩扛。很形象不是？
• misc.o：從上面看，涉及到一些解壓方面的內容，而misc提供一些輔助函數
• vmlinux：悲催.....這個文件是head+pigg+misc構成的vmlinux。名字同樣不是？真的很混淆！
• zImage：再由上面這個vmlinux壓縮而來

圖1很好得展現了這個過程。

圖1 內核的構成

3 piggy的故事

piggy.S頗有意思，創建了一個section，而且有一個標誌來指示piggy.gz的邊界。

piggy對應的是一個叫bootstrap的image，注意，Bootstrap和Bootloader不同，它是在BL以後的一段代碼，用來

解壓kernel，設置內存等做用。也能夠叫second stage boot。

 

4 Bootloadre和BootstrapLoader

BL和BSL的區別是什麼？

• BL只是初始化硬件，不依賴linux，不處理linux
• BSL在BL後執行，依賴linux，由於要解壓linux。另一個重要點就是BSL須要爲LINUX的運行創建環境

BSL的工做包括：

• head.O：初始化CPU等工做
• misc.O：解壓，重定位（例如將kernel移動到另一個位置上） decompress_kernel
• 其餘工做

init/main.c:start_kernel

啓動調用圖見圖2.

圖2 啓動調用流程圖

下面來分析這個啓動流程

1 kernel中的head.o分析：儘可能保持CPU系列的通用，例如arm的CPU等初始化都在作。可是具體板子（例如CPU+其餘硬件）怎麼初始化？這就是由mach目錄中的初始化函數作到的。因此，kernel初始化分爲：generic CPU初始化+具體板子的初始化。head.o初始化後，跳轉到main.o的start_kernel，繼續後面的流程

2 start_kernel:(init/main.c)：start_kernel的轉移由head.O作的，不過代碼通常包含在更通用的head_common.S中

   之後想作kernel的分析，就從main開始吧. start_kernel作了什麼事情呢？

• 剛纔只是初始化了cpu相關的，而具體和板子相關的由start_arch執行

3 kernel 參數分析：kernel command line。注意，這個參數是由BL傳遞給kernel的，不過這個參數又是誰設置的呢？又存在什麼地方呢？這個line放在一個global的地方，

  另外，kernel如何處理這些參數呢？有一個比較好的辦法，__set_up宏，將一些參數和對應的函數指針存在一個特殊的section中，而後循環調用這個section中的函數。（和驅動module中的很像）。定義在init.h中。關於一些特殊參數的取值，在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中定義。（之後得去看看ld的manual了）__set_up這個宏還有一個flags好比early，表示處理階段是否在early-stage作。標誌有__init的section最終佔用的內存會被拋棄..

4 子系統初始化：包括中斷、等。？section嵌套section？

5 kernel_init進程：start_kernel最後會fork一個kernel_init進程，而原執行進程變成idle進程了..

6 用戶空間的init進程:由kernel_init進程最終經過execve init完成

7 參考文獻。ELP這本書給的參考文獻都巨強..