Linux核心啟動過程分析

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：[日期：2014-10-14]

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下面給出核心映像完整的啟動過程：

注意kernel_evecve呼叫的是與具體體系平台相關的實現，但它是乙個通用的系統呼叫，在linux/syscalls.h中宣告，這個標頭檔案中宣告了與體系結構無關的所有系統呼叫介面。只不過kernel_evecve在實現時是與體系結構相關的，每種體系結構都要提供它的實現。

從以上分析可以看出，如果使用新的cpio-initrd（或initramfs），kernel_init只負責核心初始化（包括載入核心模組、建立基於記憶體的rootfs以及載入cpio-initrd）。後續根檔案系統的掛載、init程序的啟動工作都交給cpio-initrd來完成。cpio-initrd相對於image-initrd承擔了更多的初始化責任，這種變化也可以看作是核心**的使用者層化的一種體現，實際上精簡核心**，將部分功能移植到使用者層必然是linux核心發展的乙個趨勢。如果是使用傳統的image-initrd的話，根檔案系統的掛載也會放在kernel_init()中，其中prepare_namespace完成掛載根檔案系統，init_post()完成執行/sbin/init，顯然這樣核心的**不夠精簡。

5、init程序

init是第乙個呼叫的使用標準c庫編譯的程式。在此之前，還沒有執行任何標準的c應用程式。在桌面linux系統上，第乙個啟動的程式通常是/sbin/init，它的程序號為1。init程序是所有程序的發起者和控制者，它有兩個作用:

（1）扮演終結父程序的角色：所有的孤兒程序都會被init程序接管。

（2）系統初始化工作：如設定鍵盤、字型，裝載模組，設定網路等。

在完成系統初始化工作之後，init程序將在控制台上執行getty（登入程式）等任務，我們熟悉的登入介面就出現了！

init程式的執行流程需要分專門的一節來討論，因為它有不同的實現方式。傳統的實現是基於unix system v init程序的,程式包為sysvinit（以前的redhat/fedora用的就是這個）。目前已經有多種sysvinit的替代產品了，這其中包括initng，它已經可以用於debian了，並且在ubuntu上也能工作。在同一位置上，solaris使用smf(service management facility)，而mac os則使用 launchd。現在廣泛使用的是upstart init初始化程序，目前在ubuntu和fedora，還有其他系統中已經取代了sysvinit。

傳統的sysvinit daemon是乙個基於執行級別的初始化程式，它使用了執行級別（如單使用者、多使用者等）並通過從/etc/rcx.d目錄到/etc/init.d目錄的初始化指令碼的鏈結來啟動與終止系統服務。sysvinit無法很好地處理現代硬體，如熱插拔裝置、usb硬碟、網路檔案系統等。upstart系統則是事件驅動的，事件可能被硬體改動觸發，也可被啟動或關機或任務所觸發，或者也可能被系統上的任何其他程序所觸發。事件用於觸發任務或服務，統稱為作業。比如連線到乙個usb驅動器可能導致udev服務傳送乙個block-device-added事件，這可能引起乙個預定任務檢查/etc/fstab和掛載驅動器(如果需要的話)。再如，乙個apache web伺服器可能只有當網路和所需的檔案系統都可用時才能啟動。

upstart作業在/etc/init目錄及其子目錄下被定義。upstart系統相容sysvinit，它也會處理/etc/inittab和system v init指令碼（如果有的話）。在諸如近來的fedora版本的系統上，/etc/inittab可能只含有initdefault操作的id項。目前ubuntu系統預設沒有/etc/inittab，如果您想要指定乙個預設執行級別的話，您可以建立乙個。upstart也使用initctl命令來支援與upstart init守護程序的互動。這時您可以啟動或終止作業、列表作業、以及獲取作業的狀態、發出事件、重啟init程序，等等。

總的來說，x86架構的linux核心啟動過程分為6大步，分別為：

（1）實模式的入口函式_start()：在header.s中，這裡會進入眾所周知的main函式，它拷貝bootloader的各個引數，執行基本硬體設定，解析命令列引數。

（2）保護模式的入口函式startup_32()：在compressed/header_32.s中，這裡會解壓bzimage核心映像，載入vmlinux核心檔案。

（3）核心入口函式startup_32()：在kernel/header_32.s中，這就是所謂的程序0，它會進入體系結構無關的start_kernel()函式，即眾所周知的linux核心啟動函式。start_kernel()會做大量的核心初始化操作，解析核心啟動的命令列引數，並啟動乙個核心執行緒來完成核心模組初始化的過程，然後進入空閒迴圈。

（4）核心模組初始化的入口函式kernel_init()：在init/main.c中，這裡會啟動核心模組、建立基於記憶體的rootfs、載入initramfs檔案或cpio-initrd，並啟動乙個核心執行緒來執行其中的/init指令碼，完成真正根檔案系統的掛載。

（5）根檔案系統掛載指令碼/init：這裡會掛載根檔案系統、執行/sbin/init，從而啟動眾所周知的程序1。

（6）init程序的系統初始化過程：執行相關指令碼，以完成系統初始化，如設定鍵盤、字型，裝載模組，設定網路等，最後執行登入程式，出現登入介面。

如果從體系結構無關的視角來看，start_kernel()可以看作時體系結構無關的linux main函式，它是體系結構無關的**的統一入口函式，這也是為什麼檔案會命名為init/main.c的原因。這個main.c粘合劑把各種體系結構的**「粘合」到乙個統一的入口處。

整個核心啟動過程如下圖：

圖1 linux核心啟動過程

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