《linux启动过程综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《linux启动过程综述（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Linux 启动过程综述BootloaderLinux Bootloader 被编译后置于引导扇区（ARC 的分区首扇区或 SRM 的磁盘 0扇区），得到控制后初始化一些数据结构，再将控制转给“main.c”中的 start_kernel()， start_kernel()向控制台输出一些提示，调用pal_init()初始化 PAL 代码，调用 openboot() 打开引导设备（通过读取Firmware 环境），调用 load()将核心代码加载到 START_ADDR（见 “include/asm-alpha/system.h”），再将 Firmware 中的核心引导参数加载到ZERO_PA
2、GE(0) 中，最后调用 runkernel()将控制转给 0x100000 的kernel，bootloader 部分结束。Bootloader 中使用的所有“srm_”函数在“arch/alpha/lib/”中定义。以上这种 Boot 方式是一种最简单的方式，即不需其他工具就能引导 Kernel，前提是按照 Makefile 的指导，生成 bootimage 文件，内含以上提到的bootloader 以及 vmlinux，然后将 bootimage 写入自磁盘引导扇区始的位置中。当采用 MILO 这样的引导程序来引导 Linux 时，不需要上面所说的Bootloader，而只需要 vmli
3、nux 或 vmlinux.gz，引导程序会主动解压加载内核到 0x1000（小 核心数据结构初始化-内核引导第一部分start_kernel()中调用了一系列初始化函数，以完成 kernel 本身的设置。这些动作有的是公共的，有的则是需要配置的才会执行的。在 start_kernel()函数中， 输出 Linux 版本信息（printk(linux_banner)） 设置与体系结构相关的环境（setup_arch()） 页表结构初始化（paging_init()） 使用arch/alpha/kernel/entry.S中的入口点设置系统自陷入口（trap_init()） 使用 alpha_m
4、v 结构和 entry.S 入口初始化系统 IRQ（init_IRQ()） 核心进程调度器初始化（包括初始化几个缺省的 Bottom-half，sched_init()） 时间、定时器初始化（包括读取 CMOS 时钟、估测主频、初始化定时器中断等，time_init()） 提取并分析核心启动参数（从环境变量中读取参数，设置相应标志位等待处理，（parse_options()） 控制台初始化（为输出信息而先于 PCI 初始化，console_init()） 剖析器数据结构初始化（prof_buffer 和 prof_len 变量） 核心 Cache 初始化（描述 Cache 信息的 Cache，
5、kmem_cache_init()） 延迟校准（获得时钟 jiffies 与 CPU 主频 ticks 的延迟，calibrate_delay()） 内存初始化（设置内存上下界和页表项初始值，mem_init()） 创建和设置内部及通用cache（slab_cache，kmem_cache_sizes_init()） 创建 uid taskcount SLAB cache（uid_cache，uidcache_init()） 创建文件 cache（files_cache，filescache_init()） 创建目录 cache（dentry_cache，dcache_init()） 创建与虚
6、存相关的cache（vm_area_struct，mm_struct，vma_init()） 块设备读写缓冲区初始化（同时创建buffer_headcache 用户加速访问，buffer_init()） 创建页 cache（内存页 hash 表初始化，page_cache_init()） 创建信号队列 cache（signal_queue，signals_init()） 初始化内存 inode 表（inode_init()） 创建内存文件描述符表（filp_cache，file_table_init()） 检查体系结构漏洞（对于 alpha，此函数为空，check_bugs()） SMP 机器
7、其余 CPU（除当前引导 CPU）初始化（对于没有配置 SMP 的内核，此函数为空，smp_init()） 启动 init 过程（创建第一个核心线程，调用 init()函数，原执行序列调用 cpu_idle() 等待调度，init()） 至此 start_kernel()结束，基本的核心环境已经建立起来了。 外设初始化-内核引导第二部分init()函数作为核心线程，首先锁定内核（仅对 SMP 机器有效），然后调用 do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化。过程如下： 总线初始化（比如 pci_init()） 网络初始化（初始化网络数据结构，包括 sk_init()、s
8、kb_init()和proto_init()三部分，在 proto_init()中，将调用 protocols 结构中包含的所有协议的初始化过程，sock_init()） 创建 bdflush 核心线程（bdflush()过程常驻核心空间，由核心唤醒来清理被写过的内存缓冲区，当 bdflush()由 kernel_thread()启动后，它将自己命名为 kflushd） 创建 kupdate 核心线程（kupdate()过程常驻核心空间，由核心按时调度执行，将内存缓冲区中的信息更新到磁盘中，更新的内容包括超级块和inode 表） 设置并启动核心调页线程 kswapd（为了防止 kswapd 启
9、动时将版本信息输出到其他信息中间，核心线调用 kswapd_setup()设置 kswapd 运行所要求的环境，然后再创建 kswapd 核心线程） 创建事件管理核心线程（start_context_thread()函数启动context_thread()过程，并重命名为 keventd） 设备初始化（包括并口 parport_init()、字符设备 chr_dev_init()、块设备 blk_dev_init()、SCSI 设备 scsi_dev_init()、网络设备net_dev_init()、磁盘初始化及分区检查等等，device_setup()） 执行文件格式设置（binfmt_s
10、etup()） 启动任何使用_initcall 标识的函数（方便核心开发者添加启动函数，do_initcalls()） 文件系统初始化（filesystem_setup()） 安装 root 文件系统（mount_root()） 至此 do_basic_setup()函数返回 init()，在释放启动内存段（free_initmem()）并给内核解锁以后，init()打开/dev/console 设备，重定向 stdin、stdout 和stderr 到控制台，最后，搜索文件系统中的 init 程序（或者由 init=命令行参数指定的程序），并使用 execve()系统调用加载执行 init
11、程序。 init()函数到此结束，内核的引导部分也到此结束了，这个由 start_kernel()创建的第一个线程已经成为一个用户模式下的进程了。此时系统中存在着六个运行实体： start_kernel()本身所在的执行体，这其实是一个手工创建的线程，它在创建了 init()线程以后就进入 cpu_idle()循环了，它不会在进程（线程）列表中出现 init 线程，由 start_kernel()创建，当前处于用户态，加载了 init 程序 kflushd 核心线程，由 init 线程创建，在核心态运行 bdflush()函数 kupdate 核心线程，由 init 线程创建，在核心态运行 k
12、update()函数 kswapd 核心线程，由 init 线程创建，在核心态运行 kswapd()函数 keventd 核心线程，由 init 线程创建，在核心态运行 context_thread()函数 init 进程和 inittab 引导指令init 进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程（进程）空间内加载 init 程序，它的进程号是 1。init 程序需要读取/etc/inittab 文件作为其行为指针，inittab 是以行为单位的描述性（非执行性）文本，每一个指令行都具有以下格式：id:runlevel:action:process 其中 id 为入口标识
13、符，runlevel 为运行级别，action 为动作代号，process 为具体的执行程序。id 一般要求 4 个字符以内，对于 getty 或其他 login 程序项，要求 id 与 tty的编号相同，否则 getty 程序将不能正常工作。runlevel 是 init 所处于的运行级别的标识，一般使用 06 以及 S 或s。0、1、6 运行级别被系统保留，0 作为 shutdown 动作，1 作为重启至单用户模式，6 为重启；S 和 s 意义相同，表示单用户模式，且无需 inittab 文件，因此也不在 inittab 中出现，实际上，进入单用户模式时，init 直接在控制台（/dev/
14、console）上运行/sbin/sulogin。在一般的系统实现中，都使用了 2、3、4、5 几个级别，在 Redhat 系统中，2表示无 NFS 支持的多用户模式，3 表示完全多用户模式（也是最常用的级别），4 保留给用户自定义，5 表示 XDM 图形登录方式。79 级别也是可以使用的，传统的 Unix 系统没有定义这几个级别。runlevel 可以是并列的多个值，以匹配多个运行级别，对大多数 action 来说，仅当 runlevel 与当前运行级别匹配成功才会执行。initdefault 是一个特殊的 action 值，用于标识缺省的启动级别；当 init 由核心激活以后，它将读取 i
15、nittab 中的 initdefault 项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级别。如果没有 inittab 文件，或者其中没有initdefault 项，init 将在控制台上请求输入 runlevel。sysinit、boot、bootwait 等 action 将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的 runlevel，其余的 action（不含 initdefault）都与某个 runlevel 相关。各个 action 的定义在 inittab 的 man 手册中有详细的描述。rc 启动脚本上一节已经提到 init 进程将启动运行 rc 脚本，这一节将介绍 rc 脚本具体
16、的工作。一般情况下，rc 启动脚本都位于/etc/rc.d 目录下，rc.sysinit 中最常见的动作就是激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块，这些动作无论哪个运行级别都是需要优先执行的。仅当 rc.sysinit 执行完以后 init 才会执行其他的 boot或 bootwait 动作。如果没有其他 boot、bootwait 动作，在运行级别 3 下，/etc/rc.d/rc 将会得到执行，命令行参数为 3，即执行/etc/rc.d/rc3.d/目录下的所有文件。rc3.d下的文件都是指向/etc/rc.d/init.d/目录下各个 Shell 脚本的符号连接，而这些脚本一般能接受 start、stop、restart、status 等参数。rc 脚本以 start参数启动所有以 S 开头的脚本，在此之前，如果相应的脚本也存
