24小时学通Linux内核之电源开和关时都发生了什么

1 image = /boot/bzimage-2.6.7-mytestkernel　　//image指明内核所在地
2 label = Kernel 2.6.7, my test kernel　　//label描述配置的字符串
3 root = /dev/hda6　　　　　　　　　　//root指明根文件系统驻留的分区
4 read-only　　　　　　　　　　　　　　//表明根分区在引导时候不可被修改

  1 asmlinkage void __init start_kernel(void)  
  2 {  
  3 char * command_line;  
  4 extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];  
  5 //来设置smp process id，当然目前看到的代码里面这里是空的  
  6 smp_setup_processor_id();  
  7 //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。  
  8 //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，  
  9 //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）：  
 10 //  
 11 //·同一个进程递归地加锁同一把锁；  
 12 //  
 13 //·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，  
 14 // 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；  
 15 //  
 16 //·加锁后导致依赖图产生成闭环，这是典型的死锁现象。  
 17 lockdep_init();  
 18 debug_objects_early_init();  
 19 //初始化stack_canary栈3  
 20 //stack_canary的是带防止栈溢出攻击保护的堆栈。  
 21 //  当user space的程序通过int 0x80进入内核空间的时候，CPU自动完成一次堆栈切换，   
 22 //从user space的stack切换到kernel space的stack。  
 23 //   在这个进程exit之前所发生的所有系统调用所使用的kernel stack都是同一个。  
 24 //kernel stack的大小一般为4096/8192，  
 25 //内核堆栈示意图帮助大家理解：  
 26 //  
 27 //   内存低址                                                              内存高址  
 28 //                      |                 |<-----------------------------esp|     
 29 //   +-----------------------------------4096-------------------------------+  
 30 //   |        72        |     4           |       x < 4016    |     4       |  
 31 //   +------------------+-----------------+---------------------------------+  
 32 //   |thread_info  |    | STACK_END_MAGIC |   var/call chain  |stack_canary |  
 33 //   +------------------+-----------------+---------------------------------+  
 34 //   |     28      | 44 |                 |                                 |  
 35 //                 V    |                                                   |  
 36 //             restart_block                                                V  
 37 //  
 38 //esp+0x0                                                                   +0x40  
 39 //    +---------------------------------------------------------------------------+  
 40 //    |ebx|ecx|edx|esi|edi|ebp|eax|ds|es|fs|gs|orig_eax|eip|cs|eflags|oldesp|oldss|  
 41 //    +---------------------------------------------------------------------------+  
 42 //    |             kernel完成                          |         cpu自动完成       |  
 43 boot_init_stack_canary();   
 44 //  cgroup: 它的全称为control group.即一组进程的行为控制.  
 45 //  比如,我们限制进程/bin/sh的CPU使用为20%.我们就可以建一个cpu占用为20%的cgroup.  
 46 //  然后将/bin/sh进程添加到这个cgroup中.当然,一个cgroup可以有多个进程.  
 47 
 48 cgroup_init_early();  
 49 //更新kernel中的所有的立即数值，但是包括哪些需要再看？  
 50 core_imv_update();  
 51 //关闭当前CUP中断  
 52 local_irq_disable();  
 53 //修改标记early_boot_irqs_enabled;  
 54 //通过一个静态全局变量 early_boot_irqs_enabled来帮助我们调试代码，  
 55 //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  
 56 early_boot_irqs_off();  
 57 //每一个中断都有一个IRQ描述符（struct irq_desc）来进行描述。  
 58 //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，  
 59 //还是每一个IRQ描述符（struct irq_desc）都有一个小锁。  
 60 early_init_irq_lock_class();  
 61 
 62 // 大内核锁（BKL--Big Kernel Lock）  
 63 //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。  
 64 //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。  
 65 //进程保持大内核锁时可以发生调度，具体实现是：  
 66 //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，  
 67 //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。  
 68 //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。  
 69 //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。  
 70 //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。  
 71 //大内核锁的API包括：  
 72 //  
 73 //void lock_kernel(void);  
 74 //  
 75 //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。  
 76 //  
 77 //void unlock_kernel(void);  
 78 //  
 79 //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。  
 80 //大内核锁的API使用非常简单，按照以下方式使用就可以了：  
 81 //lock_kernel(); //对被保护的共享资源的访问 … unlock_kernel()；  
 82 lock_kernel();  
 83 //初始化time ticket，时钟  
 84 tick_init();  
 85 //函数 tick_init() 很简单，调用 clockevents_register_notifier 函数向 clockevents_chain 通知链注册元素：  
 86 // 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，  
 87 //应该执行的操作，该回调函数为 tick_notify   
 88 boot_cpu_init();  
 89 //初始化页地址，当然对于arm这里是个空函数  
 90 page_address_init();  
 91 printk(KERN_NOTICE "%s", linux_banner);  
 92 //系结构相关的内核初始化过程  
 93 setup_arch(&command_line);  
 94 //初始化内存管理  
 95 mm_init_owner(&init_mm, &init_task);  
 96 //处理启动命令，这里就是设置的cmd_line  
 97 setup_command_line(command_line);  
 98 //这个在定义了SMP的时候有作用，现在这里为空函数；对于smp的使用，后面在看。。。  
 99 setup_nr_cpu_ids();  
100 //如果没有定义CONFIG_SMP宏，则这个函数为空函数。  
101 //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，  
102 //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。  
103 setup_per_cpu_areas();  
104 //定义在include/asm-x86/smp.h。  
105 //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  
106 smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */  
107 //设置node 和 zone 数据结构  
108 //内存管理的讲解：
109 build_all_zonelists(NULL);  
110 //初始化page allocation相关结构  
111 page_alloc_init();  
112 printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s/n", boot_command_line);  
113 //解析内核参数  
114 parse_early_param();  
115 parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,  
116   __stop___param - __start___param,  
117   &unknown_bootoption);  
118 
119 //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  
120 //这里涉及到进程管理
121 pidhash_init();  
122 //初始化VFS的两个重要数据结构dcache和inode的缓存。  
123 vfs_caches_init_early();  
124 //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  
125 sort_main_extable();  
126 //初始化中断向量表  
127 trap_init();  
128 //memory map初始化  
129 mm_init();  
130 //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，  
131 //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，  
132 //所以还会继续完成内核初始化剩下的事情。  
133 //这里仅仅为进程调度程序的执行做准备。  
134 //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  
135 sched_init();  
136 //抢占计数器加1   
137 preempt_disable();  
138 //检查中断是否打开  
139 if (!irqs_disabled()) {  
140 printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were "  
141 "enabled *very* early, fixing it/n");  
142 local_irq_disable();  
143 }  
144 //Read-Copy-Update的初始化  
145 //RCU机制是Linux2.6之后提供的一种数据一致性访问的机制，  
146 //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，  
147 //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，  
148 //修改完成之后再将老数据update成新的数据，此所谓RCU。  
149 rcu_init();  
150 //定义在lib/radix-tree.c。  
151 //Linux使用radix树来管理位于文件系统缓冲区中的磁盘块，  
152 //radix树是trie树的一种  
153 radix_tree_init();  
154 /* init some links before init_ISA_irqs() */  
155 //early_irq_init 则对数组中每个成员结构进行初始化,   
156 //例如, 初始每个中断源的中断号.其他的函数基本为空.   
157 early_irq_init();  
158 //初始化IRQ中断和终端描述符。  
159 //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],  
160 //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,  
161 //并初始化该中断的链表表头成员结构变量pend  
162 init_IRQ();  
163 //prio-tree是一棵查找树，管理的是什么？  
164 //http://blog.csdn.net/dog250/archive/2010/06/28/5700317.aspx  
165 prio_tree_init();  
166 //初始化定时器Timer相关的数据结构  
167 init_timers();  
168 //对高精度时钟进行初始化  
169 hrtimers_init();  
170 //软中断初始化  
171 softirq_init();  
172 //初始化时钟源  
173 timekeeping_init();  
174 //初始化系统时间，  
175 //检查系统定时器描述结构struct sys_timer全局变量system_timer是否为空，  
176 //如果为空将其指向dummy_gettimeoffset()函数。  
177 time_init();  
178 //profile只是内核的一个调试性能的工具，  
179 //这个可以通过menuconfig中的Instrumentation Support->profile打开。  
180 profile_init();  
181 if (!irqs_disabled())  
182 printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were "  
183 "enabled early/n");  
184 //与开始的early_boot_irqs_off相对应  
185 early_boot_irqs_on();  
186 //与local_irq_disbale相对应，开中断  
187 local_irq_enable();  
188 gfp_allowed_mask = __GFP_BITS_MASK;  
189 //memory cache的初始化  
190 kmem_cache_init_late();  
191 //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，  
192 //只有在这个函数调用后，才会在控制台打印出内容  
193 //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。  
194 console_init();  
195 if (panic_later)  
196 panic(panic_later, panic_param);  
197 //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  
198 lockdep_info();  
199 
200 //如果定义CONFIG_DEBUG_LOCKING_API_SELFTESTS宏  
201 //则locking_selftest()是一个空函数，否则执行锁自测  
202 locking_selftest();  
203 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD  
204 if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&  
205    page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {  
206 printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "  
207    "disabling it./n",  
208    page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),  
209    min_low_pfn);  
210 initrd_start = 0;  
211 }  
212 #endif  
213 //页面初始化，可以参考上面的cgroup机制  
214 page_cgroup_init();  
215 //页面分配debug启用  
216 enable_debug_pagealloc();  
217 //此处函数为空  
218 kmemtrace_init();  
219 //memory lead侦测初始化，如何侦测？？？  
220 kmemleak_init();  
221 
222 //在kmem_caches之后表示建立一个高速缓冲池，建立起SLAB_DEBUG_OBJECTS标志。？？？  
223 debug_objects_mem_init();  
224 //idr在linux内核中指的就是整数ID管理机制，  
225 //从本质上来说，这就是一种将整数ID号和特定指针关联在一起的机制  
226 //idr机制适用在那些需要把某个整数和特定指针关联在一起的地方。  
227 idr_init_cache();  
228 //是否是对SMP的支持，单核是否需要？？这个要分析  
229 setup_per_cpu_pageset();  
230 //NUMA (Non Uniform Memory Access) policy   
231 //具体是什么不懂  
232 numa_policy_init();  
233 if (late_time_init)  
234 late_time_init();  
235 //初始化调度时钟  
236 sched_clock_init();  
237 //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，  
238 //计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS 值，  
239 //Bogo是Bogus(伪)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写。  
240 //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。  
241 calibrate_delay();  
242 //PID是process id的缩写  
243 pidmap_init();  
244 //来自mm/rmap.c  
245 //分配一个anon_vma_cachep作为anon_vma的slab缓存。  
246 //这个技术是PFRA（页框回收算法）技术中的组成部分。  
247 //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。  
248 anon_vma_init();  
249 #ifdef CONFIG_X86  
250 if (efi_enabled)  
251 efi_enter_virtual_mode();  
252 #endif  
253 //创建thread_info缓存  
254 thread_info_cache_init();  
255 //申请了一个slab来存放credentials??????如何理解？  
256 cred_init();  
257 //根据物理内存大小计算允许创建进程的数量  
258 fork_init(totalram_pages);  
259 //给进程的各种资源管理结构分配了相应的对象缓存区  
260 proc_caches_init();  
261 //创建 buffer_head SLAB 缓存  
262 buffer_init();  
263 //初始化key的management stuff  
264 key_init();  
265 //关于系统安全的初始化，主要是访问控制    
266 security_init();  
267 //与debug kernel相关  
268 dbg_late_init();  
269 //调用kmem_cache_create()函数来为VFS创建各种SLAB分配器缓存  
270 //包括：names_cachep、filp_cachep、dquot_cachep和bh_cachep等四个SLAB分配器缓存  
271 vfs_caches_init(totalram_pages);  
272 //创建信号队列  
273 signals_init();  
274 //回写相关的初始化  
275 page_writeback_init();  
276 #ifdef CONFIG_PROC_FS  
277 proc_root_init();  
278 #endif  
279 //它将剩余的subsys初始化.然后将init_css_set添加进哈希数组css_set_table[ ]中.  
280 //在上面的代码中css_set_hash()是css_set_table的哈希函数.  
281 //它是css_set->subsys为哈希键值,到css_set_table[ ]中找到对应项.然后调用hlist_add_head()将init_css_set添加到冲突项中.  
282 //然后,注册了cgroup文件系统.这个文件系统也是我们在用户空间使用cgroup时必须挂载的.  
283 //最后,在proc的根目录下创建了一个名为cgroups的文件.用来从用户空间观察cgroup的状态.  
284 cgroup_init();  
285 cpuset_init();  
286 ////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  
287 taskstats_init_early();  
288 delayacct_init();  
289 //此处为一空函数  
290 imv_init_complete();  
291 //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。  
292 check_bugs();  
293 //电源相关的初始化  
294 acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */  
295 //  
296 sfi_init_late();  
297 ftrace_init();  
298 //创建1号进程，详细分析之  
299 rest_init();  
300 }