linux源码分析（五）－start_kernel

2022-11-23 08:19:35

前置：这里使用的linux版本是4.8，x86体系。

local_irq_disable();

这个函数是做了关闭中断操作。和后面的local_irq_enable相对应。说明启动的下面函数是不允许被中断抢占的。这个函数追下去会发现下面的代码：

static inline void native_irq_disable(void)

{

    asm volatile("cli": : :"memory");

}

这个写法是linux的内联汇编写法。在C语言中写汇编语言。实际上调用的是汇编cli命令。cli命令是禁用中断功能。http://rock3.info/blog/2013/11/24/linux-c中调用汇编用法/

接着start_kernel，linux关闭完中断之后，还使用了一个变量early_boot_irqs_disabled来标记已经关闭irq了。

这里稍微说说irq的概念，我们把中断分为两个概念，一个是上半部，一个是下半部，上半部指的是硬件直接要求立即响应的中断。下半部指的是可以在某个特定时间之后执行的。这里的IRQ就是一个上半部概念。每个硬件设备都有一个irq线，通过这个线把中断描述符传递给CPU，CPU获取中断之后立即执行对应已经注册的操作。

boot_cpu_init()

这个函数功能是初始化第一个CPU。

void __init boot_cpu_init(void)

{

    int cpu = smp_processor_id();

    /* Mark the boot cpu "present", "online" etc for SMP and UP case */

    set_cpu_online(cpu, true);

    set_cpu_active(cpu, true);

    set_cpu_present(cpu, true);

    set_cpu_possible(cpu, true);

}

先获取cpu的id，在smp下，获取第一个处理器ip，非smp，第一个cpu的id为0。后面就是设置cpu的四个标志位。

page_address_init()

这个是页地址初始化操作。

我们先要了解下段式管理和页式管理。我们会有三个地址，逻辑地址，虚拟地址，物理地址。CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要两步：首先CPU利用段式内存管理单元，先将逻辑地址转换为线性地址（虚拟地址）。再利用页式管理单元，把虚拟地址，转化为物理地址。

形象理解，段式管理就是一个大大的内存按照目的分为几段，有的段比较大，有的段比较小。但是呢，每个段的最低地址位都是0，实际的地址位是段的偏移量。所以，这里就存在逻辑地址和虚拟地址的转换了。为什么要进行分段管理呢？进行分段管理，能使得我们有可能对不同的内存段赋予不同的权限管理。

页式管理是一段内存，按照指定大小划分，每4k为一页。这里就有一个虚拟地址和物理地址的映射关系了。比如在一个三级的页式管理中，一个虚拟地址32位按照10，10，12分为3段，前10位是页目录地址，后10位是页表地址，最后12位是偏移量地址。这里其实有个奇怪的地方了。

为什么要进行页式管理呢？不管是否有分页管理，一个32位的地址，最多指向的也就是4G内存空间。页式管理其实是为了更好地利用内存。比如假设内存是连续分配的，进程A获取了1～100的内存空间，进程B获取了100～104的内存空间，进程C获取了104～200的内存空间。现在进程B释放空间了，但是只有很小的4。这个时候，如果后续的进程要申请的空间都是大于4的，那么100～104这个内存空间段就永远没有办法被分配。而使用页式管理就有办法避免这个问题。它可以让程序使用的内存在逻辑上是连续的，在物理上是离散的。

回到linux中，由于仅有一部分体系支持段式管理，基于兼容的原因吧，linux并没有支持段式管理。换句话说，linux把内存块当作是一个段。所以实际上，在linux中，逻辑地址和虚拟地址是一样的。但是linux把页式管理是全盘接受了。

回到这个函数，page_address_init()

查找这个函数的定义，你可以看到根据宏不同有两种定义，一种是

#if !defined(HASHED_PAGE_VIRTUAL) && !defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)

#define page_address(page) lowmem_page_address(page)

#define set_page_address(page, address)  do { } while(0)

#define page_address_init()  do { } while(0)

#endif

一种是

void __init page_address_init(void)

{

    int i;

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(page_address_htable); i++) {

        INIT_LIST_HEAD(&page_address_htable[i].lh);

        spin_lock_init(&page_address_htable[i].lock);

    }

}

#endif    /* defined(CONFIG_HIGHMEM) && !defined(WANT_PAGE_VIRTUAL) */

首先，这里分配的页地址空间指的是内核的页地址空间。linux把4G的虚拟地址空间分为3G用户地址空间＋1G内核地址空间。基本上是使用物理地址＋3G的方式进行直接映射的。所以一般初始化内核地址空间的时候并不需要做任何操作。但是，当有些系统自身需要的内存大于896M的时候，就出现问题了。首先1G的内核空间，linux内核会把它分为896M的操作系统使用的空间，和128M的IO映射空间。当有些操作系统自身需要的内存大于896M，那么就难免有一些操作系统空间需要使用虚拟地址的形式，实际上是占用了原本用户的系统空间，这一部分空间就叫做high memory。(那么想对，原本已经有的896M的空间叫做low memory)。这一部分的空间映射，是保存在128M的IO映射空间里面的。http://blog.sina.com.cn/s/blog_6488248f0100wu6v.html

码农公寓

local_irq_disable();

boot_cpu_init()

page_address_init()

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