Linux內核自解壓過程

uboot完成系統引導以后，執行環境變量bootm中的命令；即，將Linux內核調入內存中并調用do_bootm函數啟動內核，跳轉至kernel的起始位置。如果內核沒有被壓縮，則直接啟動；如果內核被壓縮過，則需要進行解壓，被壓縮過的kernel頭部有解壓程序。

壓縮過的kernel入口第一個文件源碼位置在/kernel/arch/arm/boot/compressed/head.S。它將調用decompress_kernel()函數進行解壓，解壓完成后，打印出信息“Uncompressing Linux...done,booting the kernel”。解壓縮完成后，調用gunzip()函數（或unlz4()、或bunzip2()、或unlz()）將內核放于指定位置，開始啟動內核。

2. Linux內核啟動準備階段

由內核鏈接腳本/kernel/arch/arm/kernel/vmlinux.lds可知，內核入口函數為stext（/kernel/arch/arm/kernel/head.S）。內核解壓完成后，解壓縮代碼調用stext函數啟動內核。

ENTRY(stext)
setmodePSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9 @ ensure svc mode@ and irqs disabled
mrcp15, 0, r9, c0, c0            @ 獲得處理器ID，并存儲在r9寄存器中
bl__lookup_processor_type        @ 結果返回：描述處理器結構體的地址 r5=procinfo ，處理器ID號 r9=cpuid
movsr10, r5                      @ invalid processor (r5=0)?判斷內核是否支持該處理器
beq__error_p                     @ yes, error 'p'
bl__lookup_machine_type          @結果返回：描述機器（開發板）的結構體地址  r5=machinfo
movsr8, r5                       @ invalid machine (r5=0)?判斷內核是否支持該機器（開發板）
beq__error_a                     @ yes, error 'a'
bl__vet_atags                    @檢查uboot給內核的傳參ATAGS格式是否正確
bl__create_page_tables           @建立虛擬地址映射頁表

ldrr13, __switch_data            @ address to jump to after

（1）關閉IRQ、FIQ中斷，進入SVC模式。調用setmode宏實現；

（2）校驗處理器ID，檢驗內核是否支持該處理器；若不支持，則停止啟動內核。調用__lookup_processor_type函數實現；

（3）校驗機器碼，檢驗內核是否支持該機器；若不支持，則停止啟動內核。調用__lookup_machine_type函數實現；

（4）檢查uboot向內核傳參ATAGS格式是否正確，調用__vet_atars函數實現；

（5）建立虛擬地址映射頁表。此處建立的頁表為粗頁表，在內核啟動前期使用。Linux對內存管理有更精細的要求，隨后會重新建立更精細的頁表。調用__create_page_tables函數實現。

（6）跳轉執行__switch_data函數，其中調用__mmap_switched完成最后的準備工作。

    1）復制數據段、清除bss段，目的是構建C語言運行環境；

    2）保存處理器ID號、機器碼、uboot向內核傳參地址；

    3）b   start_kernel跳轉至內核初始化階段。

__switch_data:
.long__mmap_switched
..........................................................
__mmap_switched:
adrr3, __switch_data + 4

ldmiar3!, {r4, r5, r6, r7}
cmpr4, r5@ Copy data segment if needed
1:cmpner5, r6
ldrnefp, [r4], #4
strnefp, [r5], #4
bne1b

movfp, #0@ Clear BSS (and zero fp)
1:cmpr6, r7
strccfp, [r6],#4
bcc1b

 ARM(ldmiar3, {r4, r5, r6, r7, sp})
 THUMB(ldmiar3, {r4, r5, r6, r7})
 THUMB(ldrsp, [r3, #16])
strr9, [r4]@ Save processor ID
strr1, [r5]@ Save machine type
strr2, [r6]@ Save atags pointer
bicr4, r0, #CR_A@ Clear 'A' bit
stmiar7, {r0, r4}@ Save control register values
bstart_kernel
ENDPROC(__mmap_switched)

3. Linux內核初始化階段

此階段從start_kernel函數開始。start_kernel函數是所有Linux平臺進入系統內核初始化的入口函數。它的主要工作是完成剩余與硬件平臺相關的初始化工作，在進行一系列與內核相關的初始化之后，調用第一個用戶進程init并等待其執行。至此，整個內核啟動完成。

3.1 start_kernel函數的主要工作

start_kernel函數主要完成內核相關的初始化工作。具體包括以下部分：
（1）內核架構 、通用配置相關初始化

（2） 內存管理相關初始化

（3）進程管理相關初始化

（4）進程調度相關初始化

（5）網絡子系統管理

（6）虛擬文件系統

（7）文件系統

3.2 start_kernel函數流中的關鍵函數

（1）setup_arch(&command_line)函數

內核架構相關的初始化函數，是非常重要的一個初始化步驟。其中，包含了處理器相關參數的初始化、內核啟動參數（tagged list）的獲取和前期處理、內存子系統的早期初始化。

command_line實質是uboot向內核傳遞的命令行啟動參數，即uboot中環境變量bootargs的值。若uboot中bootargs的值為空，command_line = default_command_line，即為內核中的默認命令行參數，其值在.config文件中配置，對應CONFIG_CMDLINE配置項。

（2）setup_command_line、parse_early_param以及parse_args函數

這些函數都是在完成命令行參數的解析、保存。譬如，cmdline = console=ttySAC2,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/linuxrc rootfstype=ext3；解析為一下四個參數：

console=ttySAC2,115200 //指定控制臺的串口設備號，及其波特率
root=/dev/mmcblk0p2 rw //指定根文件系統rootfs的路徑
init=/linuxrc //指定第一個用戶進程init的路徑
rootfstype=ext3 //指定根文件系統rootfs的類型

（3）sched_init函數

初始化進程調度器，創建運行隊列，設置當前任務的空線程。

（4）rest_init函數

rest_init函數的主要工作如下：

1）調用kernel_thread函數啟動了2個內核線程，分別是：kernel_init和kthreadd。kernel_init線程中調用prepare_namespace函數掛載根文件系統rootfs；然后調用init_post函數，執行根文件系統rootfs下的第一個用戶進程init。用戶進程有4個備選方案，若command_line中init的路徑錯誤，則會執行備用方案。第一備用：/sbin/init，第二備用：/etc/init，第三備用：/bin/init，第四備用：/bin/sh。

2）調用schedule函數開啟內核調度系統；

3）調用cpu_idle函數，啟動空閑進程idle，完成內核啟動。

審核編輯：劉清