目录

概述

1 启动内核第二阶段流程图

2 嵌入式Linux内核启动分析（C语言部分）

2.1 start_kernel()函数

2.2 rest_init()函数

2.3 kernel_init()函数

2.4 kernel_init_freeable()函数

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概述

本文主要介绍linux内核启动（内核版本： linux4.1.15）第二部分的相关内容，第一部分主要是运行在汇编语言代码，其为C语言内核部分的运行创造环境。本文以start_kernel为起始函数，介绍其内部实现的功能，并对该函数内部调用的重要接口做了详细的介绍。

源代码下载地址：

【免费】NXP官方原版Uboot和Linux资源-CSDN文库

1 启动内核第二阶段流程图

第二阶段主要完成初始化内核启动的全部工作，包括外围硬件的启动，创建第一个工作进程：init进程、初始化控制台、加载rootfs文件系统等。该阶段的执行流程如下：

                                                             流程图一

                                                                 流程图二

2 嵌入式Linux内核启动分析（C语言部分）

第二阶段是以执行main.c文件中的start_kernel()函数开始的，下面分析start_kernel()调用函数所实现的功能。

该文件在内核中的位置：init/main.c

2.1 start_kernel()函数

在执行 arch/arm/kernel/head-common.S文件中的__mmap_switched函数之后，内核跳到C语言部分运行。在软件项目中，一个项目的入口文件为main.c，对Linux内核也不例外，该文件位于：

/init/main.c

打开该文件，在代码：492行，找到这个函数。下面分段阅读函数实现的功能

代码 501 行： 初始化 lockdep 是死锁检测模块 ，作用是跟踪每个锁的自身状态和各个锁之间的依赖关系，经过规则验证来保证依赖的关系正确。

代码 502 行： 设置任务栈结束魔术数 ， 用于栈溢出检测

代码 503 行： 启动SMP 有关(多核处理器)，设置处理器 ID。

代码 504行： 初始化和debug相关的代码

代码 509 行： 栈溢出检测初始化

代码 511 行： cgroup 初始化， cgroup 用于控制 Linux 系统资源

代码 513 行： 关闭当前 CPU 中断

代码 514 行：boot中断disable标志量配置为true，此时boot相关的中断也不会开启

代码 520 行： 跟 CPU 有关的初始化

代码 521 行：页地址相关的初始化

代码 523 行：架构相关的初始化，此函数会解析传递进来的ATAGS 或者设备树(DTB)文件。会根据设备树里面的 model 和 compatible 这两个属性值来查找Linux 是否支持这个单板。此函数也会获取设备树中 chosen 节点下的 bootargs 属性值来得到命令行参数，也就是 uboot 中的 bootargs 环境变量的值，获取到的命令行参数会保存到command_line 中。

代码 524 行：内存有关的初始化

代码 525 行：存储命令行参数

代码 526 行：如果只是 SMP(多核 CPU)的话，此函数用于获取 CPU 核心数量， CPU 数量保存在变量

代码 527 行： 在 SMP 系统中有用，设置每个 CPU 的 per-cpu 数据

代码 528 行：准备 SMP 系统下的数据，以填充CPU的寄存器

代码 530行：建立系统内存页区(zone)链表

代码 531行：处理用于热插拔 CPU 的页

代码 534行：解析命令行中的 console 参数

代码 549行：设置 log 使用的缓冲区

代码 550行：构建 PID 哈希表， Linux 中每个进程都有一个 ID, 这个 ID 叫做 PID。通过构建哈希表可以快速搜索进程 信息结构体。

代码 551行：预先初始化 vfs(虚拟文件系统)的目录项和索引节点缓存

代码 552行：定义内核异常列表

代码 553行：完成对系统保留中断向量的初始化

代码 554行：内存管理初始化

代码 561行：初始化调度器，主要是初始化一些结构体

代码 566行：关闭优先级抢占

代码 567行：检查中断是否关闭，如果没有的话就关闭中断

代码 570行：IDR 初始化， IDR 是 Linux 内核的整数管理机制，也就是将一个整数 ID 与一个指针关联起来。

代码 574行： 跟踪调试相关初始化

代码 576行： 上下文跟踪调试相关初始化

代码 577行：基数树相关数据结构初始化

代码 579行：初始中断相关初始化,主要是注册 irq_desc 结构体变量，因为 Linux 内核使用 irq_desc 来描述一个中断。

代码 580行：中断初始化

代码 581行：tick 初始化

代码 583行：初始化定时器

代码 584行：初始化高精度定时器

代码 585行：软中断初始化

代码 587行：初始化系统时间

代码 594行： 使能中断

代码 603行：控制台初始化

代码 608行： 如果定义了宏 CONFIG_LOCKDEP，那么此函数打印一些信息

代码 615行：锁自测

代码 628行： kmemleak 初始化， kmemleak 用于检查内存泄漏

代码 629行：启动CPU 内存页配置

代码 634行： 测定 BogoMIPS 值，可以通过 BogoMIPS 来判断 CPU 的性能，BogoMIPS 设置越大，说明 CPU 性能越好。

代码 635行：PID 位图初始化

代码 636行：生成 anon_vma slab 缓存

代码 647行：为对象的赋予资格(凭证)

代码 648行：初始化一些结构体以使用 fork 函数

代码 649行：给各种资源管理结构分配缓存

代码 650行：初始化缓冲缓存

代码 651行：初始化密钥

代码 652行：安全相关初始化

代码 654行：为 VFS 创建缓存

代码 655行：初始化信号

代码 657行：页回写初始化

代码 660行：初始化 cpuset， cpuset 是将 CPU 和内存资源以逻辑性和层次性集成的一种机制，是 cgroup 使用的子系统之一

代码 661行：初始化 cgroup

代码 662行：进程状态初始化

代码 665行： 检查写缓冲一致性

代码 678行： 调用rest_init() 函数，系统正常启动起来了

2.2 rest_init()函数

代码 387行： 调用函数 rcu_scheduler_starting，启动 RCU 锁调度器

代码 394行： 调用函数 kernel_thread 创建 kernel_init 进程，也就是 init 内核进程。 init 进程的 PID 为 1。 init 进程一开始是内核进程(也就是运行在内核态)，后面 init 进程会在根文件系统中查找名为“init”这个程序，这个“init”程序处于用户态，通过运行这个“init”程序， init 进程就会实现从内核态到用户态的转变。

代码 396行：调用函数 kernel_thread 创建 kthreadd 内核进程，此内核进程的 PID 为 2。 kthreadd 进程负责所有内核进程的调度和管理。

代码 409行： 调用函数 cpu_startup_entry 来进入 idle 进程， cpu_startup_entry 会调用 cpu_idle_loop， cpu_idle_loop 是个 while 循环，也就是 idle 进程代码。

2.3 kernel_init()函数

代码 932行： kernel_init_freeable 函数用于完成 init 进程的一些其他初始化工作

代码 943行： 如果存在“/init”程序的话就通过函数 run_init_process 来运行此程序。

代码 946行： 如果 ramdisk_execute_command 为空的话就看 execute_command 是否为空，反正不管如何一定要在根文件系统中找到一个可运行的 init 程序。 execute_command 的值是通过uboot 传递，在 bootargs 中使用“init=xxxx”就可以了，比如“init=/linuxrc”表示根文件系统中的 linuxrc 就是要执行的用户空间 init 程序。

代码 963~966 行，如果 ramdisk_execute_command 和 execute_command 都为空，那么就依次查找“/sbin/init”、“/etc/init”、“/bin/init”和“/bin/sh”，这四个相当于备用 init 程序，如果这四个也不存在，那么 Linux 启动失败！

2.4 kernel_init_freeable()函数

代码 1002行： do_basic_setup 函数用于完成 Linux 下设备驱动初始化工作！非常重要。do_basic_setup 会调用 driver_init 函数完成 Linux 下驱动模型子系统的初始化

代码 1005行： 打开设备“/dev/console”，在 Linux 中一切皆为文件！因此“/dev/console”也是一个文件，此文件为控制台设备。每个文件都有一个文件描述符，此处打开的“/dev/console”文件描述符为 0，作为标准输入(0)。

代码 1008 和 1009 行： sys_dup 函数将标准输入(0)的文件描述符复制了 2 次，一个作为标准输出(1)，一个作为标准错误(2)。这样标准输入、输出、错误都是/dev/console 了。 console 通过uboot 的 bootargs 环境变量设置，“console=ttymxc0,115200”表示将/dev/ttymxc0 设置为 console，也就是 I.MX6U 的串口 1。当然，也可以设置其他的设备为 console，比如虚拟控制台 tty1，设置 tty1 为 console 就可以在 LCD 屏幕上看到系统的提示信息。

代码 1020 行：调用函数 prepare_namespace 来挂载根文件系统。 根文件系统也是由命令行参数指定的，就是 uboot 的 bootargs 环境变量。比如“root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw”就表示根文件系统在/dev/mmcblk1p2 中，也就是 EMMC 的分区 2 中。