第3階段——內核啟動分析之start_kernel初始化函數(5)
內核啟動分析之start_kernel初始化函數(init/main.c)
stext函數啟動內核後,就開始進入start_kernel初始化各個函數, 下面只是淺嘗輒止的描述一下函數的功能，很多函數真正理解需要對linux相關體系有很深的了解後才能明白
代碼如下:
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
char * command_line;
extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];
smp_setup_processor_id(); //來設置smp process id，當然目前看到的代碼裏面這裏是空的
unwind_init();
//lockdep是linux內核的一個調試模塊，用來檢查內核互斥機制尤其是自旋鎖潛在的死鎖問題。
//自旋鎖由於是查詢方式等待，不釋放處理器，比一般的互斥機制更容易死鎖，
//故引入lockdep檢查以下幾種情況可能的死鎖（lockdep將有專門的文章詳細介紹，在此只是簡單列舉）：
//
//·同一個進程遞歸地加鎖同一把鎖；
//
//·一把鎖既在中斷（或中斷下半部）使能的情況下執行過加鎖操作，
// 又在中斷（或中斷下半部）裏執行過加鎖操作。這樣該鎖有可能在鎖定時由於中斷發生又試圖在同一處理器上加鎖；
//
//·加鎖後導致依賴圖產生成閉環，這是典型的死鎖現象。
lockdep_init();
//關閉當前CUP中斷
local_irq_disable();
//修改標記early_boot_irqs_enabled;
//通過一個靜態全局變量 early_boot_irqs_enabled來幫助我們調試代碼，
//通過這個標記可以幫助我們知道是否在”early bootup code”，也可以通過這個標誌警告是有無效的終端打開
early_boot_irqs_off();
//每一個中斷都有一個IRQ描述符（struct irq_desc）來進行描述。
//這個函數的主要作用是設置所有的 IRQ描述符（struct irq_desc）的鎖是統一的鎖，
//還是每一個IRQ描述符（struct irq_desc）都有一個小鎖。
early_init_irq_lock_class();
/*
* Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
* enable them
*/
// 大內核鎖（BKL--Big Kernel Lock）
//大內核鎖本質上也是自旋鎖，但是它又不同於自旋鎖，自旋鎖是不可以遞歸獲得鎖的，因為那樣會導致死鎖。
//但大內核鎖可以遞歸獲得鎖。大內核鎖用於保護整個內核，而自旋鎖用於保護非常特定的某一共享資源。
//進程保持大內核鎖時可以發生調度，具體實現是：
//在執行schedule時，schedule將檢查進程是否擁有大內核鎖，如果有，它將被釋放，以致於其它的進程能夠獲得該鎖，
//而當輪到該進程運行時，再讓它重新獲得大內核鎖。註意在保持自旋鎖期間是不運行發生調度的。
//需要特別指出，整個內核只有一個大內核鎖，其實不難理解，內核只有一個，而大內核鎖是保護整個內核的，當然有且只有一個就足夠了。
//還需要特別指出的是，大內核鎖是歷史遺留，內核中用的非常少，一般保持該鎖的時間較長，因此不提倡使用它。
//從2.6.11內核起，大內核鎖可以通過配置內核使其變得可搶占（自旋鎖是不可搶占的），這時它實質上是一個互斥鎖，使用信號量實現。
//大內核鎖的API包括：
//
//void lock_kernel(void);
//
//該函數用於得到大內核鎖。它可以遞歸調用而不會導致死鎖。
//
//void unlock_kernel(void);
//
//該函數用於釋放大內核鎖。當然必須與lock_kernel配對使用，調用了多少次lock_kernel，就需要調用多少次unlock_kernel。
//大內核鎖的API使用非常簡單，按照以下方式使用就可以了：
//lock_kernel(); //對被保護的共享資源的訪問 … unlock_kernel()；
//http://blog.csdn.net/universus/archive/2010/05/25/5623971.aspx
lock_kernel();
//初始化time ticket，時鐘
tick_init();
//函數 tick_init() 很簡單，調用 clockevents_register_notifier 函數向 clockevents_chain 通知鏈註冊元素：
// tick_notifier。這個元素的回調函數指明了當時鐘事件設備信息發生變化（例如新加入一個時鐘事件設備等等）時，
//應該執行的操作，該回調函數為 tick_notify
//http://blogold.chinaunix.net/u3/97642/showart_2050200.html
boot_cpu_init();
//初始化頁地址，當然對於arm這裏是個空函數
//http://book.chinaunix.net/special/ebook/PrenticeHall/PrenticeHallPTRTheLinuxKernelPrimer/0131181637/ch08lev1sec5.html
page_address_init();
/*打印KER_NOTICE,這裏的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);
//系結構相關的內核初始化過程,處理uboot傳遞進來的atag參數( setup_memory_tags()和setup_commandline _tags() )
//http://www.cublog.cn/u3/94690/showart_2238008.html
setup_arch(&command_line);
//處理啟動命令，這裏就是設置的cmd_line，
//保存未改變的comand_line到字符數組static_command_line［］ 中。
//保存 boot_command_line到字符數組saved_command_line［］中
setup_command_line(command_line);
unwind_setup();
//如果沒有定義CONFIG_SMP宏，則這個函數為空函數。
//如果定義了CONFIG_SMP宏，則這個setup_per_cpu_areas()函數給每個CPU分配內存，
//並拷貝.data.percpu段的數據。為系統中的每個CPU的per_cpu變量申請空間。
setup_per_cpu_areas();
//定義在include/asm-x86/smp.h。
//如果是SMP環境，則設置boot CPU的一些數據。在引導過程中使用的CPU稱為boot CPU
smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */
/* 進程調度器初始化 */
sched_init();
/* 禁止內核搶占 */
preempt_disable();
//設置node 和 zone 數據結構
//內存管理的講解：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=361890&do=blog&cuid=2146541
build_all_zonelists(NULL);
//初始化page allocation相關結構
page_alloc_init();
/* 打印Linux啟動命令行參數 */
printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s/n", boot_command_line);
//解析內核參數
//對內核參數的解析：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，以便於從進程的PID獲得對應的進程描述指針，按照實際的物理內存初始化pid hash表
//這裏涉及到進程管理http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx
pidhash_init();
//初始化VFS的兩個重要數據結構dcache和inode的緩存。
//http://blog.csdn.net/yunsongice/archive/2011/02/01/6171324.aspx
vfs_caches_init_early();
//把編譯期間，kbuild設置的異常表，也就是__start___ex_table和__stop___ex_table之中的所有元素進行排序
sort_main_extable();
//初始化中斷向量表
//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.
*/
//核心進程調度器初始化，調度器的初始化的優先級要高於任何中斷的建立，
//並且初始化進程0，即idle進程，但是並沒有設置idle進程的NEED_RESCHED標誌，
//所以還會繼續完成內核初始化剩下的事情。
//這裏僅僅為進程調度程序的執行做準備。
//它所做的具體工作是調用init_bh函數(kernel/softirq.c)把timer,tqueue,immediate三個人物隊列加入下半部分的數組
sched_init();
/*
* Disable preemption - early bootup scheduling is extremely
* fragile until we cpu_idle() for the first time.
*/
//搶占計數器加1
preempt_disable();
//檢查中斷是否打開,如果已經打開，則關閉中斷
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函數完成對系統保留中斷向量（異常、非屏蔽中斷以及系統調用）
* 的初始化，init_IRQ函數則完成其余中斷向量的初始化
*/
trap_init();
//Read-Copy-Update的初始化
//RCU機制是Linux2.6之後提供的一種數據一致性訪問的機制，
//從RCU（read-copy-update）的名稱上看，我們就能對他的實現機制有一個大概的了解，
//在修改數據的時候，首先需要讀取數據，然後生成一個副本，對副本進行修改，
//修改完成之後再將老數據update成新的數據，此所謂RCU。
//http://blog.ednchina.com/tiloog/193361/message.aspx
//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_1341707.html
rcu_init();
//初始化IRQ中斷和終端描述符。
//初始化系統中支持的最大可能的中斷描述結構struct irqdesc變量數組irq_desc[NR_IRQS],
//把每個結構變量irq_desc[n]都初始化為預先定義好的壞中斷描述結構變量bad_irq_desc,
//並初始化該中斷的鏈表表頭成員結構變量pend
init_IRQ();
/* 初始化hash表，便於從進程的PID獲得對應的進程描述符指針 */
pidhash_init();
//初始化定時器Timer相關的數據結構
//http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html
init_timers();
//對高精度時鐘進行初始化
hrtimers_init();
//軟中斷初始化
//http://blogold.chinaunix.net/u1/51562/showart_494363.html
softirq_init();
//初始化時鐘源
timekeeping_init();
//初始化系統時間，
//檢查系統定時器描述結構struct sys_timer全局變量system_timer是否為空，
//如果為空將其指向dummy_gettimeoffset()函數。
//http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-clocks/index.html
time_init();
//profile只是內核的一個調試性能的工具，
//這個可以通過menuconfig中的Instrumentation Support->profile打開。
//http://www.linuxdiyf.com/bbs//thread-71446-1-1.html
profile_init();
/*if判斷中斷是否打開,如果已經打開，打印數據*/
if (!irqs_disabled())
printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were enabled early/n");
//與開始的early_boot_irqs_off相對應
early_boot_irqs_on();
//與local_irq_disbale相對應，開CPU中斷
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.
*/
//初始化控制臺以顯示printk的內容，在此之前調用的printk，只是把數據存到緩沖區裏，
//只有在這個函數調用後，才會在控制臺打印出內容
//該函數執行後可調用printk()函數將log_buf中符合打印級別要求的系統信息打印到控制臺上。
console_init();
if (panic_later)
panic(panic_later, panic_param);
//如果定義了CONFIG_LOCKDEP宏，那麽就打印鎖依賴信息，否則什麽也不做
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:
*/
//如果定義CONFIG_DEBUG_LOCKING_API_SELFTESTS宏
//則locking_selftest()是一個空函數，否則執行鎖自測
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
/* 虛擬文件系統的初始化 */
vfs_caches_init_early();
cpuset_init_early();
mem_init();
/* slab初始化 */
kmem_cache_init();
//是否是對SMP的支持，單核是否需要？？這個要分析
setup_per_cpu_pageset();
numa_policy_init();
if (late_time_init)
late_time_init();
//calibrate_delay（）函數可以計算出cpu在一秒鐘內執行了多少次一個極短的循環，
//計算出來的值經過處理後得到BogoMIPS 值，
//Bogo是Bogus(偽)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百萬條指令每秒)的縮寫。
//這樣我們就知道了其實這個函數是linux內核中一個cpu性能測試函數。
//http://blogold.chinaunix.net/u2/86768/showart_2196664.html
calibrate_delay();
//PID是process id的縮寫
//http://blog.csdn.net/satanwxd/archive/2010/03/27/5422053.aspx
pidmap_init();
/* 接下來的函數中，大多數都是為有關的管理機制建立專用的slab緩存 */
pgtable_cache_init();
/* 初始化優先級樹index_bits_to_maxindex數組 */
prio_tree_init();
//來自mm/rmap.c
//分配一個anon_vma_cachep作為anon_vma的slab緩存。
//這個技術是PFRA（頁框回收算法）技術中的組成部分。
//這個技術為定位而生——快速的定位指向同一頁框的所有頁表項。
anon_vma_init();
#ifdef CONFIG_X86
if (efi_enabled)
efi_enter_virtual_mode();
#endif
//根據物理內存大小計算允許創建進程的數量
//http://www.jollen.org/blog/2006/11/jollen_linux_3_fork_init.html
fork_init(totalram_pages);
//給進程的各種資源管理結構分配了相應的對象緩存區
//http://www.shangshuwu.cn/index.php/Linux內核的進程創建
proc_caches_init();
//創建 buffer_head SLAB 緩存
buffer_init();
unnamed_dev_init();
//初始化key的management stuff
key_init();
//關於系統安全的初始化，主要是訪問控制
//http://blog.csdn.net/nhczp/archive/2008/04/29/2341194.aspx
security_init();
//調用kmem_cache_create()函數來為VFS創建各種SLAB分配器緩存
//包括：names_cachep、filp_cachep、dquot_cachep和bh_cachep等四個SLAB分配器緩存
vfs_caches_init(totalram_pages);
radix_tree_init();
//創建信號隊列
signals_init();
/* rootfs populating might need page-writeback */
//回寫相關的初始化
//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();
////進程狀態初始化，實際上就是分配了一個存儲線程狀態的高速緩存
taskstats_init_early();
delayacct_init();
//測試CPU的各種缺陷，記錄檢測到的缺陷，以便於內核的其他部分以後可以使用他們工作。
check_bugs();
//電源相關的初始化
//http://blogold.chinaunix.net/u/548/showart.php?id=377952
acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */
//接著進入rest_init()繼續初始化
rest_init();
}
第3階段——內核啟動分析之start_kernel初始化函數(5)