Linux内核源码分析--内核启动之(5)Image内核启动(rest_init函数)（Linux-3.0 ARMv7）【转】

2022-04-02 04:00:35

原文地址：Linux内核源码分析--内核启动之(5)Image内核启动(rest_init函数)（Linux-3.0 ARMv7） 作者：tekkamanninja

 转自：http://blog.chinaunix.net/uid-25909619-id-4938395.html

    前面粗略分析start_kernel函数，此函数中基本上是对内存管理和各子系统的数据结构初始化。在内核初始化函数start_kernel执行到最后，就是调用rest_init函数，这个函数的主要使命就是创建并启动内核线程init。这个函数虽然意思为剩下的初始化，但是这个“剩下”的可是内容颇多，下面详细分析如下：

  1. /*
  2.  * 我们必须确定在一个非__init函数或
  3.  * 其他根线程（root thread）和初始化线程（init thread）间的竞态。
  4.  * （这种竞态可能导致start_kernel在根线程运作到cpu_idle前被free_initmem“收割”。）
  5.  *
  6.  *
  7.  *  gcc-3.4 偶尔会将这个函数作为内联函数, 所以使用了noinline.
  8.  */
  10. static __initdata DECLARE_COMPLETION(kthreadd_done);

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    1. 定义一个complete变量来告诉init线程：kthreads线程已经创建完成。
    2. 从前似乎不是用complete锁，而是用大内核锁。
  12. static noinline void __init_refok rest_init(void)
  13. {
  14.     int pid;
  16.     rcu_scheduler_starting();

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    1. 内核RCU锁机制调度启动,因为下面就要用到
  17.     /*
  18.      * 我们必须先创建init内核线程，这样它就可以获得pid为1。
  19.      * 尽管如此init线程将会挂起来等待创建kthreads线程。
  20.      * 如果我们在创建kthreadd线程前调度它，就将会出现OOPS。
  21.      */
  22.     kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);

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    1. 创建kernel_init内核线程，内核的1号进程！！！！！
  23.     numa_default_policy();

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    1. 设定NUMA系统的内存访问策略为默认
  24.     pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);

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    1. 创建kthreadd内核线程，它的作用是管理和调度其它内核线程。
    2. 它循环运行一个叫做kthreadd的函数，该函数的作用是运行kthread_create_list全局链表中维护的内核线程。
    3. 调用kthread_create创建一个kthread，它会被加入到kthread_create_list 链表中；
    4. 被执行过的kthread会从kthread_create_list链表中删除；
    5. 且kthreadd会不断调用scheduler函数让出CPU。此线程不可关闭。
     
    上面两个线程就是我们平时在Linux系统中用ps命令看到：

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    1. tekkaman@Super-MAGI:~/development/analyze/linux-3.0$ ps -A
    2. PID TTY TIME CMD
    3. 1 ? 00:00:00 init
    4. 2 ? 00:00:00 kthreadd
    5. ......
        rcu_read_lock();
  26.     kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
  27.     rcu_read_unlock();
  28.     complete(&kthreadd_done);

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    1. 获取kthreadd的线程信息，获取完成说明kthreadd已经创建成功。并通过一个complete变量（kthreadd_done）来通知kernel_init线程。
  30.     /*
  31.      * 为让系统运作起来，
  32.      * boot idle线程必须至少执行一次schedule():
  33.      */
  34.     init_idle_bootup_task(current);

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    1. 设置当前进程为idle（闲置）进程类。
  35.     preempt_enable_no_resched();

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    1. 使能抢占，但不重新调度
  36.     schedule();

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    1. 执行调度，切换进程。
  37.     preempt_disable();

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    1. 进程调度完成，回到这里，禁用抢占。
  39.     /*  在抢占禁用时调用cpu_idle */
  40.     cpu_idle();

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    1. 此时内核本体进入了idle状态，用循环消耗空闲的CPU时间片，该函数从不返回。在有其他进程需要工作的时候，该函数就会被抢占！这个函数因构架不同而异。
  41. }
    
     在以上的函数中，内核创建了两个内核线程，一个是内核线程的管理者，另一个是内核初始化线程init，后者是我们分析内核启动需要关注的，这个线程继续做系统的初始化（其中就包含了设备驱动系统）：

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  1. 下面这个函数就是内核init线程运行的函数，它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。
  1. static int __init kernel_init(void * unused)
  2. {
  3.     /*
  4.      * 等待kthreadd的启动完成.
  5.      */
  6.     wait_for_completion(&kthreadd_done);
  7.     /*
  8.      * init可以在任何节点（node）分配到内存页
  9.      */
  10.     set_mems_allowed(node_states[N_HIGH_MEMORY]);
  11.     /*
  12.      * init可以在任何CPU上运行.
  13.      */
  14.     set_cpus_allowed_ptr(current, cpu_all_mask);

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    1. 增加当前进程的CPU亲和力，使所有的CPU（如果是SMP）都可以运行本线程。
    2. 线程可以被迁移到被设置掩码的CPU上运行，但如果在位掩码中删除该CPU位，此线程就不会在那个CPU上运行。
  16.     cad_pid = task_pid(current);

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    1. cad_pid为接收Ctrl-alt-del操作的INT信号的进程ID，此处很明显是设为了init的PID
  18.     smp_prepare_cpus(setup_max_cpus);
  20.     do_pre_smp_initcalls();
  21.     lockup_detector_init();
  23.     smp_init();
  24.     sched_init_smp();

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    1. 以上代码是在SMP系统做准备，激活所有CPU，并开始SMP系统的调度。
  26.     do_basic_setup();

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    1. 到此，与构架相关的部分已经初始化完成了，do_basic_setup函数主要是初始化设备驱动，完成其他驱动程序（直接编译进内核的模块）的初始化。内核中大部分的启动数据输出（都是各设备的驱动模块输出）都是这里产生的。
    2. 此函数比较重要，以后会详细分析！
  28.     /* 打开根文件系统中的 /dev/console , 此处不可失败 */
  29.     if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
  30.         printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

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    1. 这是kernel_init（以后的init进程）打开的第一个文件，它也就成为了标准输入。
    2. 这里需要打开 /dev/console，如果没有这个节点，系统就出错。这个错误信息也是经常碰到的。可能的原因是：
    3. 1、制作文件系统的时候忘记创建/dev/console节点
    4. 2、文件系统挂载问题，挂载上的文件系统不是什么都没有，就是挂错了节点。
  32.     (void) sys_dup(0);
  33.     (void) sys_dup(0);

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    1. 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）：
    2. 一个作为标准输出（1）
    3. 一个作为标准出错（2）
    4. 现在标准输入、标准输出、标准出错都是/dev/console了。
    5. 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。
  34.     /*
  35.      * 检查是否有早期用户空间的init程序。如果有，让其执行
  36.      * 
  37.      */
  39.     if (!ramdisk_execute_command)
  40.         ramdisk_execute_command = "/init";
  42.     if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {
  43.         ramdisk_execute_command = NULL;
  44.         prepare_namespace();
  45.     }
  47.     /*
  48.      * Ok, 我们已经完成了启动初始化, and
  49.      * 且我们本质上已经在运行。释放初始化用的内存（initmem）段
  50.      * 并开始用户空间的程序..
  51.      */
  53.     init_post();
  54.     return 0;
  55. }
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：

  1. /* 这是一个非__init函数。强制让它为非内联函数，以防 gcc
  2.  * 让它内联到init()中并成为init.text段的一部分。
  3.  */

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    1. 从此函数名可知，这个函数是运行在用户空间的init程序之前
  4. static noinline int init_post(void)
  5. {
  6.     /* 在释放内存前，必须完成所有的异步 __init 代码 */
  7.     async_synchronize_full();
  8.     free_initmem();

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    1. 释放所有init.* 段中的内存。
  9.     mark_rodata_ro();

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    1. 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。
  10.     system_state = SYSTEM_RUNNING;

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    1. 设置系统状态为运行状态
  11.     numa_default_policy();

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    1. 设定NUMA系统的内存访问策略为默认
  14.     current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE;

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    1. 设置当前进程（init）为不可以杀进程（忽略致命的信号）
  16.     if (ramdisk_execute_command) {
  17.         run_init_process(ramdisk_execute_command);
  18.         printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
  19.                 ramdisk_execute_command);
  20.     }

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    1. 如果ramdisk_execute_command有指定的init程序，就执行它。
  22.     /*
  23.      * 我们尝试以下的每个函数，直到函数成功执行.
  24.      *
  25.      * 如果我们试图修复一个真正有问题的设备，
  26.      * Bourne shell 可以替代init进程。
  27.      */
  28.     if (execute_command) {
  29.         run_init_process(execute_command);
  30.         printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "
  31.                     "defaults...\n", execute_command);
  32.     }

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    1. 如果execute_command有指定的init程序，就执行它。
  33.     run_init_process("/sbin/init");
  34.     run_init_process("/etc/init");
  35.     run_init_process("/bin/init");
  36.     run_init_process("/bin/sh");
  38.     panic("No init found. Try passing init= option to kernel. "
  39.      "See Linux Documentation/init.txt for guidance.");

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    1. 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：
    2. 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。
    3. 2、文件系统挂载有问题，文件不存在
    4. 3、init程序没有执行权限

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    1. 至此，内核的初始化结束，正式进入了用户空间的初始化过程！！
  40. }
【作者】张昺华
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