内核启动分析之start_kernel初始化函数(init/main.c)
stext函数启动内核后,就开始进入start_kernel初始化各个函数, 下面只是浅尝辄止的描述一下函数的功能，很多函数真正理解需要对linux相关体系有很深的了解后才能明白
代码如下:
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
char * command_line;
extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];
smp_setup_processor_id(); //来设置smp process id，当然目前看到的代码里面这里是空的
unwind_init();
//lockdep是linux内核的一个调试模块，用来检查内核互斥机制尤其是自旋锁潜在的死锁问题。
//自旋锁由于是查询方式等待，不释放处理器，比一般的互斥机制更容易死锁，
//故引入lockdep检查以下几种情况可能的死锁（lockdep将有专门的文章详细介绍，在此只是简单列举）：
//
//·同一个进程递归地加锁同一把锁；
//
//·一把锁既在中断（或中断下半部）使能的情况下执行过加锁操作，
// 又在中断（或中断下半部）里执行过加锁操作。这样该锁有可能在锁定时由于中断发生又试图在同一处理器上加锁；
//
//·加锁后导致依赖图产生成闭环，这是典型的死锁现象。
lockdep_init();
//关闭当前CUP中断
local_irq_disable();
//修改标记early_boot_irqs_enabled;
//通过一个静态全局变量 early_boot_irqs_enabled来帮助我们调试代码，
//通过这个标记可以帮助我们知道是否在”early bootup code”，也可以通过这个标志警告是有无效的终端打开
early_boot_irqs_off();
//每一个中断都有一个IRQ描述符（struct irq_desc）来进行描述。
//这个函数的主要作用是设置所有的 IRQ描述符（struct irq_desc）的锁是统一的锁，
//还是每一个IRQ描述符（struct irq_desc）都有一个小锁。
early_init_irq_lock_class();
/*
* Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
* enable them
*/
// 大内核锁（BKL--Big Kernel Lock）
//大内核锁本质上也是自旋锁，但是它又不同于自旋锁，自旋锁是不可以递归获得锁的，因为那样会导致死锁。
//但大内核锁可以递归获得锁。大内核锁用于保护整个内核，而自旋锁用于保护非常特定的某一共享资源。
//进程保持大内核锁时可以发生调度，具体实现是：
//在执行schedule时，schedule将检查进程是否拥有大内核锁，如果有，它将被释放，以致于其它的进程能够获得该锁，
//而当轮到该进程运行时，再让它重新获得大内核锁。注意在保持自旋锁期间是不运行发生调度的。
//需要特别指出，整个内核只有一个大内核锁，其实不难理解，内核只有一个，而大内核锁是保护整个内核的，当然有且只有一个就足够了。
//还需要特别指出的是，大内核锁是历史遗留，内核中用的非常少，一般保持该锁的时间较长，因此不提倡使用它。
//从2.6.11内核起，大内核锁可以通过配置内核使其变得可抢占（自旋锁是不可抢占的），这时它实质上是一个互斥锁，使用信号量实现。
//大内核锁的API包括：
//
//void lock_kernel(void);
//
//该函数用于得到大内核锁。它可以递归调用而不会导致死锁。
//
//void unlock_kernel(void);
//
//该函数用于释放大内核锁。当然必须与lock_kernel配对使用，调用了多少次lock_kernel，就需要调用多少次unlock_kernel。
//大内核锁的API使用非常简单，按照以下方式使用就可以了：
//lock_kernel(); //对被保护的共享资源的访问 … unlock_kernel()；
//http://blog.csdn.net/universus/archive/2010/05/25/5623971.aspx
lock_kernel();
//初始化time ticket，时钟
tick_init();
//函数 tick_init() 很简单，调用 clockevents_register_notifier 函数向 clockevents_chain 通知链注册元素：
// tick_notifier。这个元素的回调函数指明了当时钟事件设备信息发生变化（例如新加入一个时钟事件设备等等）时，
//应该执行的操作，该回调函数为 tick_notify
//http://blogold.chinaunix.net/u3/97642/showart_2050200.html
boot_cpu_init();
//初始化页地址，当然对于arm这里是个空函数
//http://book.chinaunix.net/special/ebook/PrenticeHall/PrenticeHallPTRTheLinuxKernelPrimer/0131181637/ch08lev1sec5.html
page_address_init();
/*打印KER_NOTICE,这里的KER_NOTICE是字符串<5>*/
printk(KERN_NOTICE);
/*打印以下linux版本信息:
“Linux version 2.6.22.6 ([email protected]) (gcc version 3.4.5) #1 Fri Jun 16 00:55:53 CST 2017” */
printk(linux_banner);
//系结构相关的内核初始化过程,处理uboot传递进来的atag参数( setup_memory_tags()和setup_commandline _tags() )
//http://www.cublog.cn/u3/94690/showart_2238008.html
setup_arch(&command_line);
//处理启动命令，这里就是设置的cmd_line，
//保存未改变的comand_line到字符数组static_command_line［］ 中。
//保存 boot_command_line到字符数组saved_command_line［］中
setup_command_line(command_line);
unwind_setup();
//如果没有定义CONFIG_SMP宏，则这个函数为空函数。
//如果定义了CONFIG_SMP宏，则这个setup_per_cpu_areas()函数给每个CPU分配内存，
//并拷贝.data.percpu段的数据。为系统中的每个CPU的per_cpu变量申请空间。
setup_per_cpu_areas();
//定义在include/asm-x86/smp.h。
//如果是SMP环境，则设置boot CPU的一些数据。在引导过程中使用的CPU称为boot CPU
smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */
/* 进程调度器初始化 */
sched_init();
/* 禁止内核抢占 */
preempt_disable();
//设置node 和 zone 数据结构
//内存管理的讲解：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=361890&do=blog&cuid=2146541
build_all_zonelists(NULL);
//初始化page allocation相关结构
page_alloc_init();
/* 打印Linux启动命令行参数 */
printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s/n", boot_command_line);
//解析内核参数
//对内核参数的解析：http://hi.baidu.com/yuhuntero/blog/item/654a7411e45ce519b8127ba9.html
parse_early_param();
parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,
__stop___param - __start___param,
&unknown_bootoption);
/*
* These use large bootmem allocations and must precede
* kmem_cache_init()
*/
//初始化hash表，以便于从进程的PID获得对应的进程描述指针，按照实际的物理内存初始化pid hash表
//这里涉及到进程管理http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx
pidhash_init();
//初始化VFS的两个重要数据结构dcache和inode的缓存。
//http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171324.aspx
vfs_caches_init_early();
//把编译期间，kbuild设置的异常表，也就是__start___ex_table和__stop___ex_table之中的所有元素进行排序
sort_main_extable();
//初始化中断向量表
//http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171325.aspx
trap_init();
//memory map初始化
//http://blog.csdn.net/huyugv_830913/archive/2010/09/15/5886970.aspx
mm_init();
/*
* Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the
* timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()
* time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.
*/
//核心进程调度器初始化，调度器的初始化的优先级要高于任何中断的建立，
//并且初始化进程0，即idle进程，但是并没有设置idle进程的NEED_RESCHED标志，
//所以还会继续完成内核初始化剩下的事情。
//这里仅仅为进程调度程序的执行做准备。
//它所做的具体工作是调用init_bh函数(kernel/softirq.c)把timer,tqueue,immediate三个人物队列加入下半部分的数组
sched_init();
/*
* Disable preemption - early bootup scheduling is extremely
* fragile until we cpu_idle() for the first time.
*/
//抢占计数器加1
preempt_disable();
//检查中断是否打开,如果已经打开，则关闭中断
if (!irqs_disabled()) {
printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were "
"enabled *very* early, fixing it/n");
local_irq_disable();
}
sort_main_extable();
/*
* trap_init函数完成对系统保留中断向量（异常、非屏蔽中断以及系统调用）
* 的初始化，init_IRQ函数则完成其余中断向量的初始化
*/
trap_init();
//Read-Copy-Update的初始化
//RCU机制是Linux2.6之后提供的一种数据一致性访问的机制，
//从RCU（read-copy-update）的名称上看，我们就能对他的实现机制有一个大概的了解，
//在修改数据的时候，首先需要读取数据，然后生成一个副本，对副本进行修改，
//修改完成之后再将老数据update成新的数据，此所谓RCU。
//http://blog.ednchina.com/tiloog/193361/message.aspx
//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1341707.html
rcu_init();
//初始化IRQ中断和终端描述符。
//初始化系统中支持的最大可能的中断描述结构struct irqdesc变量数组irq_desc[NR_IRQS],
//把每个结构变量irq_desc[n]都初始化为预先定义好的坏中断描述结构变量bad_irq_desc,
//并初始化该中断的链表表头成员结构变量pend
init_IRQ();
/* 初始化hash表，便于从进程的PID获得对应的进程描述符指针 */
pidhash_init();
//初始化定时器Timer相关的数据结构
//http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html
init_timers();
//对高精度时钟进行初始化
hrtimers_init();
//软中断初始化
//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_494363.html
softirq_init();
//初始化时钟源
timekeeping_init();
//初始化系统时间，
//检查系统定时器描述结构struct sys_timer全局变量system_timer是否为空，
//如果为空将其指向dummy_gettimeoffset()函数。
//http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html
time_init();
//profile只是内核的一个调试性能的工具，
//这个可以通过menuconfig中的Instrumentation Support->profile打开。
//http://www.linuxdiyf.com/bbs//thread-71446-1-1.html
profile_init();
/*if判断中断是否打开,如果已经打开，打印数据*/
if (!irqs_disabled())
printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were enabled early/n");
//与开始的early_boot_irqs_off相对应
early_boot_irqs_on();
//与local_irq_disbale相对应，开CPU中断
local_irq_enable();
/*
* HACK ALERT! This is early. We‘re enabling the console before
* we‘ve done PCI setups etc, and console_init() must be aware of
* this. But we do want output early, in case something goes wrong.
*/
//初始化控制台以显示printk的内容，在此之前调用的printk，只是把数据存到缓冲区里，
//只有在这个函数调用后，才会在控制台打印出内容
//该函数执行后可调用printk()函数将log_buf中符合打印级别要求的系统信息打印到控制台上。
console_init();
if (panic_later)
panic(panic_later, panic_param);
//如果定义了CONFIG_LOCKDEP宏，那么就打印锁依赖信息，否则什么也不做
lockdep_info();
/*
* Need to run this when irqs are enabled, because it wants
* to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs
* too:
*/
//如果定义CONFIG_DEBUG_LOCKING_API_SELFTESTS宏
//则locking_selftest()是一个空函数，否则执行锁自测
locking_selftest();
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&
page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {
printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "
"disabling it./n",
page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),
min_low_pfn);
initrd_start = 0;
}
#endif
/* 虚拟文件系统的初始化 */
vfs_caches_init_early();
cpuset_init_early();
mem_init();
/* slab初始化 */
kmem_cache_init();
//是否是对SMP的支持，单核是否需要？？这个要分析
setup_per_cpu_pageset();
numa_policy_init();
if (late_time_init)
late_time_init();
//calibrate_delay（）函数可以计算出cpu在一秒钟内执行了多少次一个极短的循环，
//计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS 值，
//Bogo是Bogus(伪)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写。
//这样我们就知道了其实这个函数是linux内核中一个cpu性能测试函数。
//http://blogold.chinaunix.net/u2/86768/showart_2196664.html
calibrate_delay();
//PID是process id的缩写
//http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx
pidmap_init();
/* 接下来的函数中，大多数都是为有关的管理机制建立专用的slab缓存 */
pgtable_cache_init();
/* 初始化优先级树index_bits_to_maxindex数组 */
prio_tree_init();
//来自mm/rmap.c
//分配一个anon_vma_cachep作为anon_vma的slab缓存。
//这个技术是PFRA（页框回收算法）技术中的组成部分。
//这个技术为定位而生——快速的定位指向同一页框的所有页表项。
anon_vma_init();
#ifdef CONFIG_X86
if (efi_enabled)
efi_enter_virtual_mode();
#endif
//根据物理内存大小计算允许创建进程的数量
//http://www.jollen.org/blog/2006/11/jollen_linux_3_fork_init.html
fork_init(totalram_pages);
//给进程的各种资源管理结构分配了相应的对象缓存区
//http://www.shangshuwu.cn/index.php/Linux内核的进程创建
proc_caches_init();
//创建 buffer_head SLAB 缓存
buffer_init();
unnamed_dev_init();
//初始化key的management stuff
key_init();
//关于系统安全的初始化，主要是访问控制
//http://blog.csdn.net/nhczp/archive/2008/04/29/2341194.aspx
security_init();
//调用kmem_cache_create()函数来为VFS创建各种SLAB分配器缓存
//包括：names_cachep、filp_cachep、dquot_cachep和bh_cachep等四个SLAB分配器缓存
vfs_caches_init(totalram_pages);
radix_tree_init();
//创建信号队列
signals_init();
/* rootfs populating might need page-writeback */
//回写相关的初始化
//http://blog.csdn.net/yangp01/archive/2010/04/06/5454822.aspx
page_writeback_init();
#ifdef CONFIG_PROC_FS
proc_root_init();
#endif
//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1777937.html
cpuset_init();
////进程状态初始化，实际上就是分配了一个存储线程状态的高速缓存
taskstats_init_early();
delayacct_init();
//测试CPU的各种缺陷，记录检测到的缺陷，以便于内核的其他部分以后可以使用他们工作。
check_bugs();
//电源相关的初始化
//http://blogold.chinaunix.net/u/548/showart.php?id=377952
acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */
//接着进入rest_init()继续初始化
rest_init();
}