linux内核启动分析（2）

－－－－－以下内容为从网络上整理所得－－－－－－

主要介绍kernel_init线程（函数），这个线程在rest_init函数中被创建，kernel_init函数将完成设备驱动程序的初始化，并调用init_post函数启动用户空间的init进程。

static int __init kernel_init(void * unused)
{
    lock_kernel();
　　//锁住内核
    set_mems_allowed(node_states[N_HIGH_MEMORY]);
　　//init可以在任何节点（node）分配到内存页
    set_cpus_allowed_ptr(current, cpu_all_mask);
　　//init可以在任何CPU上运行.
    init_pid_ns.child_reaper = current;
    //把当前进程设为接受其他孤儿进程的进程
    
    cad_pid = task_pid(current);

    /*SMP系统做准备，激活所有CPU，并开始SMP系统的调度*/
    smp_prepare_cpus(setup_max_cpus);
    do_pre_smp_initcalls();
    start_boot_trace();
    smp_init();
    sched_init_smp();

    do_basic_setup();
    //驱动程序和内核子系统的一般初始化，下面会详解

    //检查是否有早期用户空间的init程序。如果有，让其执行
    if (!ramdisk_execute_command)ramdidk_execute_command="/init";
    if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0)
    {
        ramdisk_execute_command = NULL;
        prepare_namespace();
    }
    //最后调用init_post，启动进程负责用户空间的初始化
    init_post();
    return 0;
}

在内核init线程的最后执行了init_post函数，在这个函数中真正启动了用户空间进程init，详解如下:

static noinline int init_post(void)
        __releases(kernel_lock)
{
    /* need to finish all async __init code before freeing the memory */
    async_synchronize_full();
    free_initmem();
    unlock_kernel();
    
    mark_rodata_ro();
    //通过修改页表，保证只读数据段为只读属性。大部分构架为空函数。

    system_state = SYSTEM_RUNNING;
    //设置系统状态为运行状态

    numa_default_policy();
    //设定NUMA系统的内存访问策略为默认

    //打开根文件系统中的 /dev/console , 此处不可失败
    if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
        printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.
");

    /*复制两次标准输入（0）的文件描述符
     *它是上面打开的/dev/console，也就是系统控制台）：
     *一个作为标准输出（1）
     *一个作为标准出错（2）
     *现在标准输入、标准输出、标准出错都是/dev/console了。
     *这个console在内核启动参数中可以配置为某个串口（ttySn、ttyOn等等），
     *也可以是虚拟控制台（tty0）。
     *所以我们就在串口或者显示器上看到了之后的系统登录提示。
    **/
    (void) sys_dup(0);
    (void) sys_dup(0);
    
    //设置当前进程（init）为不可以杀进程（忽略致命的信号）
    current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE;
    
    //如果ramdisk_execute_command有指定的init程序，就执行它。
    if (ramdisk_execute_command) {
        run_init_process(ramdisk_execute_command);
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s
",         
                                ramdisk_execute_command);
    }
    //如果execute_command有指定的init程序，就执行它。
    if (execute_command) {
                run_init_process(execute_command);
                printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting "
                                        "defaults...
", execute_command);
    }
    /*在检查完ramdisk_execute_command和execute_command为空的情况下，
     *顺序执行以下初始化程序：如果都没有找到就打印错误信息。
     *这也是我们做系统移植的时候经常碰到的错误信息，出现这个信息很有可能是：
     *1、你的启动参数配置有问题，通过 指定了init程序，但是没有找到，
     *    且默认的那四个程序也不在文件系统中。
     *2、文件系统挂载有问题，文件不存在
     *3、init程序没有执行权限
    **/
    run_init_process("/sbin/init");
    run_init_process("/etc/init");
    run_init_process("/bin/init");
    run_init_process("/bin/sh");

    panic("No init found.  Try passing init= option to kernel.");
}

在基本分析完内核启动流程的之后，还有一个比较重要的初始化函数没有分析，那就是do_basic_setup。在内核init线程中调用了do_basic_setup，这个函数也做了很多内核和驱动的初始化工作，详解如下：

/*
 * 好了, 设备现在已经初始化完成。 但是还没有一个设备被初始化过，
 * 但是 CPU 的子系统已经启动并运行，
 * 且内存和处理器管理系统已经在工作了。
 *
 * 现在我们终于可以开始做一些实际的工作了..
 */
static void __init do_basic_setup(void)
{
    rcu_init_sched(); /* needed by module_init stage. */
    init_workqueues(); //初始化工作队列

    /*针对SMP系统，初始化内核control group的cpuset子系统。
     *如果非SMP，此函数为空。
     *cpuset是在用户空间中操作cgroup文件系统来执行进程
     *与cpu和进程与内存结点之间的绑定。
     *本函数将cpus_allowed和mems_allwed更新为在线的cpu和在线的内存结点，
     *并为内存热插拨注册了钩子函数，最后创建一个单线程工作队列cpuset。
     */
    cpuset_init_smp();

    /*创建一个单线程工作队列khelper。
     *运行的系统中只有一个，主要作用是指定用户空间的程序路径和环境变量, 
     *最终运行指定的user space的程序，属于关键线程，不能关闭。
     */
    usermodehelper_init();

    //初始化驱动模型中的各子系统，可见的现象是在/sys中出现的目录和文件
    driver_init();

    //在proc文件系统中创建irq目录，并在其中初始化系统中所有中断对应的目录。
    init_irq_proc();

    /*调用链接到内核中的所有构造函数，也就是链接进.ctors段中的所有函数。
     *在内核启动和模块挂载时，调用构造函数（gcc生成的类初始化函数）。
     *构造函数就是比如用于初始化gcov数据的函数
     */
    do_ctors();

    /*调用所有编译内核的驱动模块中的初始化函数。
     *这里就是驱动程序员需要关心的步骤，其中按照各个内核模块初始化函数
     *所自定义的启动级别（1～7），按顺序调用器初始化函数。
     *对于同一级别的初始化函数，安装编译是链接的顺序调用，
     *也就是和内核Makefile的编写有关。
     *
     *在编写内核模块的时候需要知道这方面的知识，比如你编写的模块使用
     *的是I2C的API，那你的模块的初始化函数的级别必须低于I2C子系统
     *初始化函数的级别（也就是级别数（1~7）要大于I2C子系统）。
     *如果编写的模块必须和依赖的模块在同一级，那就必须注意内核Makefile的修改了。
     */
    do_initcalls();
}

上面的函数调用了driver_init函数，作用是驱动模型子系统的初始化，对于内核驱动工程师来说比较重要，详解如下：

/**
 * driver_init - 初始化驱动模型.
 *
 * 调用驱动模型初始化函数来初始化它们的子系统。
 * 由早期的init/main.c中调用。
 */
void __init driver_init(void)
{
    /* These are the core pieces */
    /*初始化驱动模型中的部分子系统和kobject：
     *devices
     *dev
     *dev/block
     *dev/char
     */
    devices_init();
    buses_init();//初始化驱动模型中的bus子系统
    classes_init();//初始化驱动模型中的class子系统
    firmware_init();//初始化驱动模型中的firmware子系统
    hypervisor_init();//初始化驱动模型中的hypervisor子系统

    /* These are also core pieces, but must come after the
     * core core pieces.
     */
    platform_bus_init();//初始化驱动模型中的bus/platform子系统
    system_bus_init();//初始化驱动模型中的devices/system子系统
    cpu_dev_init();//初始化驱动模型中的devices/system/cpu子系统
    memory_dev_init();//初始化驱动模型中的devices/system/memory子系统
}