Linux启动流程详解：bootloader引导与内核启动地址确定

Linux启动流程是一个复杂且关键的过程，涉及多个阶段，从电源开启到操作系统完全加载并运行。本文将从两个主要角度进行深入解析：bootloader启动内核的过程以及内核启动地址的确立。 首先，Linux启动始于BIOS或UEFI中的bootloader，如GRUB、LILO或U-Boot等。这些引导程序在计算机启动时负责加载并执行内核。在2.4.19内核版本的XScale平台下，bootloader通过以下几个步骤引导启动： 1. **参数传递**：bootloader将启动参数传递给内核。通常，参数被存储在寄存器R0、R1和R2中。R0通常设置为0，R1用于机器类型标识（MachineTypeNumber），而R2则是指向内存中启动参数列表的起始地址。 2. **内存映射**：bootloader负责将内核（可能包括ramdisk）复制到RAM中，以便内核可以直接从内存执行。这是一种临时的解决方案，因为一旦内核加载，内存管理会接管。 3. **调用内核启动函数**：bootloader通过预定义的函数指针`startkernel`启动内核，这个函数在内核代码的特定位置，如`KERNEL_RAM_BASE`。`startkernel`接受零值、架构编号（ARCH_NUMBER）和参数地址作为输入。 4. **内核初始化**：当内核启动后，它会初始化硬件设备、内存管理系统、进程上下文和其他核心服务。这是系统由无状态的引导程序转到自主运行的关键阶段。 其次，**内核启动地址的确定**是通过编译链接过程中`vmlinux.lds`文件实现的。对于ARM架构，这个文件在kernel/arch/arm目录下，具体名称取决于编译选项，如`vmlinux-armv.lds`、`vmlinux-armo.lds`或`vmlinux-armv-xip.lds`。`vmlinux.lds`是一个链接脚本，定义了内核映像的布局和链接顺序，包括哪些段（如text、data、bss等）应如何定位和链接。 `vmlinux.lds.in`是一个基础模板，根据目标配置文件进行填充，`arch/arm/Makefile`中的规则定义了如何生成最终的链接脚本。这个过程涉及到依赖于CPU特性的配置文件，确保了内核代码针对不同架构的正确编译和链接。 Linux启动流程涉及bootloader与内核的交互，参数传递，以及内核自身的编译链接机制。理解这些细节对于深入研究Linux内核工作原理和系统级编程至关重要。通过掌握这一流程，开发者可以更有效地调试、优化和定制Linux系统。