深入解析Linux内核启动：从入口到start_kernel

"Linux内核启动过程详解：从入口到start_kernel" 在理解Linux内核启动步骤时，首先要知道的是，这个过程始于引导加载程序（bootloader）的工作，它负责加载内核映像到内存并设置必要的环境。一旦bootloader完成了这些任务，控制权就会转移到Linux内核的入口点。在这个例子中，我们将分析的是基于ARM架构的Linux内核，特别是针对2.6.19版本。 1. **启动条件** - CPU运行在超级用户（SVC）模式，并且中断（IRQ和FIQ）被禁用，以确保内核初始化的安全性。 - MMU（内存管理单元）关闭，使得物理地址和虚拟地址相同，简化早期内存管理。 - 数据缓存（Data Cache）关闭，以避免因缓存一致性问题导致的错误。 - 指令缓存（Instruction Cache）的开启与否不作硬性规定。 - 寄存器r0、r1和r2有特定的初始值，r0为0，r1携带机器类型信息，r2指向参数列表，用于传递设备信息。 2. **内核入口点** - Linux内核的入口点通常是汇编语言代码，它位于`arch/arm/kernel/head.S`或类似的文件中。这里，CPU会执行第一条指令，通常是一段初始化代码，以确保环境正确。 3. **从入口到start_kernel** - 内核入口代码会进行一些基本的硬件初始化，例如设置堆栈，初始化时钟，关闭不必要的中断，并将控制权传递给C代码，如`start_kernel()`函数。 - `start_kernel()`函数在`init/main.c`中定义，它是内核初始化的主要流程控制器。这个函数负责调度一系列的初始化任务，包括初始化内存子系统，设备驱动，调度器，网络等核心组件。 4. **start_kernel()** - `start_kernel()`函数中的第一个主要任务是`setup_arch()`，它处理与特定架构相关的初始化，如设置内存布局，初始化中断处理，以及为MMU做准备。 - 随后，内核会继续进行设备探测和初始化，注册系统中的设备驱动，以及启动各种系统服务。 - 在所有必要的初始化完成后，`start_kernel()`会调用`rest_init()`，它启动第一个用户空间进程（通常是init进程，进程ID为1），并进一步触发系统服务的启动。 5. **硬件初始化和驱动加载** - 在`setup_arch()`中，内核会根据硬件配置初始化中断控制器，设置系统定时器，以及配置I/O端口和其他外设。 - 驱动程序的加载通常发生在设备树解析期间，设备树描述了系统的硬件配置，使得内核可以根据这些信息动态加载对应的驱动。 6. **内核解压缩（如果使用了压缩内核）** - 如果内核被压缩，那么在入口代码之后，内核会有一段解压缩代码，它位于`arch/arm/boot/compressed/`目录下。这段代码负责解压内核到内存中，然后跳转到解压后的内核入口点继续执行。 整个启动过程中涉及的代码和逻辑非常复杂，需要深入理解底层硬件和操作系统原理。通过这个分析，我们可以看到从启动到内核完全运行起来，涉及到的方方面面，包括硬件初始化、内存管理、驱动加载、进程创建等多个关键环节。