深入解析Linux内核初始化过程

"疯狂内核之——内核初始化" 在深入探讨Linux内核初始化的过程中，我们需要了解从硬件上电到操作系统完全启动的整个流程。本文主要分为五个部分，详细阐述了内核从创建到运行的各个关键阶段。 1. **引子**： - **上电**：计算机电源开启后，硬件开始进行自检（POST），然后进入基本输入输出系统（BIOS）。 - **BIOS时代**：BIOS执行硬件初始化，并根据用户设置加载启动设备的引导程序。 - **内核引导程序**：引导程序负责加载内核映像到内存并准备执行，如GRUB或LILO。 2. **内核映像的形成**： - **Makefile预备知识**：介绍了Makefile的书写规则、变量、条件判断、函数以及隐含规则和模式规则，这些都是构建内核的构建工具KBuild的基础。 - **KBuild体系**：讲解内核目标、主机程序和编译标志，以及如何通过Makefile进行递归编译、链接内核镜像（vmlinux）和制作可引导的bzImage。 3. **实模式下的内核代码**： - **内核映像内存布局**：内核映像在内存中的分布，包括不同部分如引导扇区、初始化数据等。 - **header.S**：实模式下的汇编代码，包括无用的bootsect代码，初始化头变量，为C语言环境做准备。 - **main函数**：实模式下的主要入口点，涉及复制初始化头变量，初始化堆，CPU支持检查，BIOS模式设置，内存检测，键盘配置，系统环境表填充，IST信息设置和视频模式设置。 - **go_to_protected_mode**：转换到保护模式的关键函数，包括禁止中断，打开A20线，安装临时GDT，以及第一次启动保护模式。 4. **保护模式下的内核代码**： - **32位x86保护模式**：内核解压缩前期工作，解压缩内核，第二次启动保护模式，首次启用分页管理和初始化0号进程。 - **向start_kernel进发**：涉及中断描述符表初始化，第三次启动保护模式，启动x86虚拟机。 5. **走向现代：start_kernel函数**： - **初始化同步与互斥环境**：包括中断屏蔽，大内核锁，时钟通知链，激活第一个CPU，地址散列，打印版本信息。 - **setup_arch**：拷贝可用内存区信息，计算总页面数，建立永久内核页表，二次启动分页，构建内存管理架构，以及其他初始化工作。 - **设置每CPU环境**，初始化内存管理区列表，使用early_res分配内存，初始化虚拟文件系统，异常服务，内存管理，调度程序，中断处理系统，包括APIC中断，本地软时钟，软中断，定时器中断等。 - **后start_kernel时代**：创建1号进程，子系统初始化，启动shell环境等，完成内核初始化的最后步骤。 本文详细阐述了从硬件启动到Linux内核完全初始化的复杂过程，涵盖从低级的实模式转换到保护模式，再到内核的高级功能初始化，为理解Linux内核的工作原理提供了深入洞察。对于想要深入研究操作系统内核设计和实现的读者来说，这是一份非常有价值的参考资料。