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Android研究-linux内核启动到android系统[zz]

2012-05-21 14:49 288 查看
很多人阅读代码,总喜欢从头开始,这样觉得很安全,有依靠,无论如何总是能知道“头”,有头就能找到任何需要的部分。

Android生在linux内核基础上,linux内核启动的最后一步,一定是启动的android的进程,下面看收集到的文章。

1. linux内核启动过程

引用地址:http://blog.csdn.net/ayangke/article/details/6888699

内核版本:2.6.22 为什么要采用这样一个较低的版本进行移植了,因为韦东山大牛说了,低版本的才能学到东西,越是高版本需要移植时做的工作量越少,学的东西越少。

内核启动分为三个阶段,第一是运行head.S文件和head-common.S,第三个阶段是允许第二是运行main.c文件

对于ARM的处理器,内核第一个启动的文件是arc/arm/kernel下面的head.S文件。当然arc/arm/boot/compress下面 也有这个文件,这个文件和上面的文件略有不同,当要生成压缩的内核时zImage时,启动的是后者,后者与前者不同的时,它前面的代码是做自解压的,后面 的代码都相同。我们这里这分析arc/arm/kernel下面的head.S文件。当head.S所作的工作完成后它会跳到init/目录下跌的 main.c的start_kernel函数开始执行。

第一阶段:

首先截取部分head.S文件

ENTRY(stext)

msr cpsr_c,#PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode

@ andirqs disabled

mrc p15,0, r9, c0, c0 @ get processor id

bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid

movs r10,r5 @ invalidprocessor (r5=0)?

beq __error_p @ yes, error 'p'

bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo

movs r8,r5 @ invalidmachine (r5=0)?

beq __error_a @ yes, error 'a'

bl __create_page_tables

/*

*The following calls CPU specific code in a position independent

*manner. See arch/arm/mm/proc-*.S fordetails. r10 = base of

*xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type

*above. On return, the CPU will be readyfor the MMU to be

*turned on, and r0 will hold the CPU control register value.

*/

ldr r13,__switch_data @ address to jump toafter

@ mmuhas been enabled

adr lr,__enable_mmu @ return (PIC)address

第一步,执行的是__lookup_processor_type,这个函数是检查处理器型号,它读取你的电路板的CPU型号与内核支持的处理器进行比较看是否能够处理。这个我们不关心它的具体实现过程,因为现在主流处理器内核都提供了支持。

第二步,执行的是__lookup_machine_type,这个函数是来检查机器型号的,它会读取你bootloader传进来的机器ID和他能够处 理的机器ID进行比较看是否能够处理。内核的ID号定义在arc/arm/tool/mach_types文件中MACH_TYPE_xxxx宏定义。内 核究竟就如何检查是否是它支持的机器的呢?实际上每个机器都会在/arc/arm/mach-xxxx/smdk-xxxx.c文件中有个描述特定机器的 数据结构,如下

[html] view plaincopy

MACHINE_START(S3C2440,"SMDK2440")

/* Maintainer: Ben Dooks<ben@fluff.org> */

.phys_io =S3C2410_PA_UART,

.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.init_irq =s3c24xx_init_irq,

.map_io =smdk2440_map_io,

.init_machine = smdk2440_machine_init,

.timer =&s3c24xx_timer,

MACHINE_END

MACHINE_START和 MACHINE_END实际上被展开成一个结构体

[html] view plaincopy

#defineMACHINE_START(_type,_name) \

staticconst struct machine_desc __mach_desc_##_type \

__used \

__attribute__((__section__(".arch.info.init")))= { \

.nr =MACH_TYPE_##_type, \

.name =_name,

#defineMACHINE_END \

};

于是上面的数据结构就被展开为

[html] view plaincopy

staticconst struct machine_desc __mach_desc_S3C2440 \

__used \

__attribute__((__section__(".arch.info.init")))= { \

.nr =MACH_TYPE_S3C2440, \

.name =”SMDK2440”,};

.phys_io = S3C2410_PA_UART,

.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.init_irq =s3c24xx_init_irq,

.map_io =smdk2440_map_io,

.init_machine = smdk2440_machine_init,

.timer =&s3c24xx_timer,

}

每个机器都会有一个machine_desc__mach_desc结构,内核通过检查每个machine_desc__mach_desc的nr
号和bootloader传上来的ID进行比较,如果相同,内核就认为支持该机器,而且内核在后面的工作中会调用该机器的
machine_desc__mach_desc_结构中的方法进行一些初始化工作。

第三步,创建一级页表。

第四步,在R13中保存__switch_data 这个函数的地址,在第四步使能mmu完成后会跳到该函数执行。

第五步,执行的是__enable_mmu,它是使能MMU,这个函数调用了__turn_mmu_on函数,让后在_turn_mmu_on在最
后将第三步赋给R13的值传给了PC指针 (mov pc, r13),于是内核开始跳到__switch_data这个函数开始执行。

我们再来看arch/arm/kenel/head-common.S这个文件中的__switch_data函数

[html] view plaincopy

__switch_data:

.long __mmap_switched

.long __data_loc @ r4

.long __data_start @ r5

.long __bss_start @ r6

.long _end @ r7

.long processor_id @ r4

.long __machine_arch_type @ r5

.long cr_alignment @ r6

.long init_thread_union+ THREAD_START_SP @ sp

/*

* The following fragment of code is executedwith the MMU on in MMU mode,

* and uses absolute addresses; this is notposition independent.

*

* r0 =cp#15 control register

* r1 = machine ID

* r9 = processor ID

*/

.type __mmap_switched,%function

__mmap_switched:

adr r3,__switch_data + 4

ldmia r3!,{r4, r5, r6, r7}

cmp r4,r5 @ Copy datasegment if needed

1: cmpne r5,r6

ldrne fp,[r4], #4

strne fp,[r5], #4

bne 1b

mov fp,#0 @ Clear BSS(and zero fp)

1: cmp r6,r7

strcc fp,[r6],#4

bcc 1b

ldmia r3,{r4, r5, r6, sp}

str r9, [r4] @ Save processor ID

str r1, [r5] @ Save machine type

bic r4,r0, #CR_A @ Clear 'A' bit

stmia r6,{r0, r4} @ Save controlregister values

b start_kernel

这个函数做的工作是,复制数据段清楚BBS段,设置堆在指针,然后保存处理器内核和机器内核等工作,最后跳到start_kernel函数。于是内核开始执行第二阶段。

第二阶段:

我们再来看init/目录下的main.c的start_kernel函数,这里我只截图了部分。

[html] view plaincopy

asmlinkage void __init start_kernel(void)

{

…………………….

……………………..

printk(KERN_NOTICE);

printk(linux_banner);

setup_arch(&command_line);

setup_command_line(command_line);

parse_early_param();

parse_args("Booting kernel",static_command_line, __start___param,

__stop___param - __start___param,

&unknown_bootoption);

……………………

…………………………

init_IRQ();

pidhash_init();

init_timers();

hrtimers_init();

softirq_init();

timekeeping_init();

time_init();

profile_init();

…………………………

……………………………

console_init();

………………………………

………………………………

rest_init();

}

从上面可以看出start_kernel首先是打印内核信息,然后对bootloader传进来的一些参数进行处理,再接着执行各种各样的初始化,在这其中会初始化控制台。最后会调用rest_init();

我们再来看rest_init()函数

[html] view plaincopy

static void noinline __init_refok rest_init(void)

__releases(kernel_lock)

{

int pid;

kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);

............

}

他启动了kernel_init这个函数,再来看kerne_init函数

[html] view plaincopy

static int __init kernel_init(void * unused)

{

..............................

if (!ramdisk_execute_command)

ramdisk_execute_command = "/init";

if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {

ramdisk_execute_command = NULL;

prepare_namespace();

}

/*

* Ok, we have completed the initial bootup, and

* we're essentially up and running. Get rid of the

* initmem segments and start the user-mode stuff..

*/

init_post();

return 0;

}

kernel_init先调用了prepare_namespace();然后调用了init_post函数

[html] view plaincopy

void __init prepare_namespace(void)

{

..........................

mount_root();

.....................

}

可以看出prepare_namespace调用了mount_root挂接根文件系统。接着kernel_init再执行init_post

[html] view plaincopy

static int noinline init_post(void)

{

.......................................

/*打开dev/console控制台,并设置为标准输入、输出*/

if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)

printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");

(void) sys_dup(0);

(void) sys_dup(0);

if (ramdisk_execute_command) {

run_init_process(ramdisk_execute_command);

printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",

ramdisk_execute_command);

}

/*

* We try each of these until one succeeds.

*

* The Bourne shell can be used instead of init if we are

* trying to recover a really broken machine.

*/

//如果bootloader指定了init参数,则启动init参数指定的进程

if (execute_command) {

run_init_process(execute_command);

printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "

"defaults...\n", execute_command);

}

//如果没有指定init参数,则分别带sbin、etc、bin目录下启动init进程

run_init_process("/sbin/init");

run_init_process("/etc/init");

run_init_process("/bin/init");

run_init_process("/bin/sh");

panic("No init found. Try passing init= option to kernel.");

}

注意上面的run_init_process的会等待init进程返回才往后面执行,所有它一旦找到一个init可执行的文件它将一去不复返。

综上,内核启动的过程大致为以下几步:

1.检查CPU和机器类型

2.进行堆栈、MMU等其他程序运行关键的东西进行初始化

3.打印内核信息

4.执行各种模块的初始化

5.挂接根文件系统

6.启动第一个init进程

2. android启动

引用地址:http://monner.iteye.com/blog/728334

Android 系统启动分析(转)

init进程是Android启动后系统执行的第一个名称为init的可执行程序。这个程序以一个守护进程的方式运行,它提供了以下功能:


设备管理

解析启动脚本

执行启动脚本中的基本功能

执行启动脚本中的各种功能

1、init可执行程序

init 可执行文件是系统运行的第一个用户空间程序,它以守护进程的方式运行。因此这个程序的init.c文件包含main函数的入口,基本分析如下:
int main(int argc,char**argv){
(省略若干。。。)

umask(0);  /*对umask进行清零。*/

mkdir("/dev",0755);/*为rootfs建立必要的文件夹,并挂载适当的分区。 */
mkdir("/proc",0755);
mkdir("/sys",0755);

mount("tmpfs","/dev","tmpfs",0,"mode=0755");
mkdir("/dev/pts",0755);
mkdir("/dev/socket",0755);
mount("devpts","/dev/pts","devpts",0, NULL);
mount("proc","/proc","proc",0, NULL);
mount("sysfs","/sys","sysfs",0, NULL);

/*创建/dev/null和/dev/kmsg节点*/
open_devnull_stdio();
log_init();

/*解析/init.rc,将所有服务和操作信息加入链表。*/
INFO("reading config file\n");
parse_config_file("/init.rc");

/*获取内核命令行参数*/
qemu_init();
import_kernel_cmdline(0);
/*先从上一步获得的全局变量中获取信息硬件信息和版本号,如果没有则从/proc/cpuinfo中提取,
*并保存到全局变量。根据硬件信息选择一个/init.(硬件).rc,并解析,将服务和操作信息加入链表。
*/
get_hardware_name();
snprintf(tmp,sizeof(tmp),"/init.%s.rc", hardware);
parse_config_file(tmp);
/*执行链表中带有“early-init”触发的的命令。*/
action_for_each_trigger("early-init", action_add_queue_tail);
drain_action_queue();
/*遍历/sys文件夹,是内核产生设备添加事件(为了自动产生设备节点)。
*初始化属性系统,并导入初始化属性文件。用于在系统运行过程中动态创建设备节点、删除设备节点等操作
*/
INFO("device init\n");
device_fd = device_init();

property_init();

// 从属性系统中得到ro.debuggable,若为1,则初始化keychord监听。
debuggable = property_get("ro.debuggable");
if(debuggable &&!strcmp(debuggable,"1")){
keychord_fd = open_keychord();
}
/*打开console,如果cmdline中没有指定的console则打开默认的/dev/console*/

if(console[0]){
snprintf(tmp,sizeof(tmp),"/dev/%s", console);
console_name = strdup(tmp);
}

fd = open(console_name, O_RDWR);
if(fd >=0)
have_console =1;
close(fd);
/*读取/initlogo.rle(一张位图),如果成功则在/dev/graphics/fb0 显示Logo,如果失败则将/dev/tty0
*设为TEXT模式并打开/dev/tty0,输出文本ANDROID(本人修改为Zhao Rui Jia做为启动项目的修改)。
*/
if( load_565rle_image(INIT_IMAGE_FILE)){
fd = open("/dev/tty0", O_WRONLY);
if(fd >=0){
constchar*msg;
msg ="\n"
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"  // console is 40 cols x 30 lines
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"
"\n"
/*"             A N D R O I D ";*/
"          z h a o R u i J i a";
write(fd, msg, strlen(msg));
close(fd);
}
}
/* 判断cmdline 中的參數,并设置属性系统中的参数:
*  1、 如果 bootmode为
*     - factory,设置ro.factorytest值为1
*     - factory2,设置ro.factorytest值为2
*     - 其他的設ro.factorytest值為0
*  2、如果有serialno参数,则设置ro.serialno,否则为""
*  3、如果有bootmod参数,则设置ro.bootmod,否则为"unknown"
*  4、如果有baseband参数,则设置ro.baseband,否则为"unknown"
*  5、如果有carrier参数,则设置ro.carrier,否则为"unknown"
*  6、如果有bootloader参数,则设置ro.bootloader,否则为"unknown"
*  7、通过全局变量(前面从/proc/cpuinfo中提取的)设置ro.hardware和ro.version。
*/
if(qemu[0])
import_kernel_cmdline(1);

if(!strcmp(bootmode,"factory"))
property_set("ro.factorytest","1");
elseif(!strcmp(bootmode,"factory2"))
property_set("ro.factorytest","2");
else
property_set("ro.factorytest","0");

property_set("ro.serialno", serialno[0]? serialno :"");
property_set("ro.bootmode", bootmode[0]? bootmode :"unknown");
property_set("ro.baseband", baseband[0]? baseband :"unknown");
property_set("ro.carrier", carrier[0]? carrier :"unknown");
property_set("ro.bootloader", bootloader[0]? bootloader :"unknown");

property_set("ro.hardware", hardware);
snprintf(tmp, PROP_VALUE_MAX,"%d", revision);
property_set("ro.revision", tmp);

/*执行所有触发标识为init的action。*/

action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail);
drain_action_queue();
property_set_fd = start_property_service();

/* 为sigchld handler创建信号机制*/

if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM,0, s)==0){
signal_fd = s[0];
signal_recv_fd = s[1];
fcntl(s[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC);
fcntl(s[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
fcntl(s[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC);
fcntl(s[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);
}

/* 确认所有初始化工作完成
* device_fd(device init 完成)
* property_set_fd(property server start 完成)
* signal_recv_fd (信号机制建立)
*/
if((device_fd <0)||
(property_set_fd <0)||
(signal_recv_fd <0)){
ERROR("init startup failure\n");
return1;
}

/* execute all the boot actions to get us started */
action_for_each_trigger("early-boot", action_add_queue_tail);
action_for_each_trigger("boot", action_add_queue_tail);
drain_action_queue();

/* run all property triggers based on current state of the properties */
queue_all_property_triggers();
drain_action_queue();

/* enable property triggers */
property_triggers_enabled =1;
/*
*    注册轮询事件:
*   - device_fd
*   - property_set_fd
*   -signal_recv_fd
*   -如果有keychord,则注册keychord_fd
*/
ufds[0].fd = device_fd;
ufds[0].events = POLLIN;
ufds[1].fd = property_set_fd;
ufds[1].events = POLLIN;
ufds[2].fd = signal_recv_fd;
ufds[2].events = POLLIN;
fd_count =3;

if(keychord_fd >0){
ufds[3].fd = keychord_fd;
ufds[3].events = POLLIN;
fd_count++;
}else{
ufds[3].events =0;
ufds[3].revents =0;
}/*如果支持BOOTCHART,则初始化BOOTCHART*/#if BOOTCHART
bootchart_count = bootchart_init();
if(bootchart_count <0){
ERROR("bootcharting init failure\n");
}elseif(bootchart_count >0){
NOTICE("bootcharting started (period=%d ms)\n", bootchart_count*BOOTCHART_POLLING_MS);
}else{
NOTICE("bootcharting ignored\n");
}#endif
/*
*进入主进程循环:
*  - 重置轮询事件的接受状态,revents为0
*  - 查询action队列并执行。
*  - 重启需要重启的服务
*  - 轮询注册的事件
*       - 如果signal_recv_fd的revents为POLLIN,则得到一个信号,获取并处理
*       - 如果device_fd的revents为POLLIN,调用handle_device_fd
*       - 如果property_fd的revents为POLLIN,调用handle_property_set_fd
*       - 如果keychord_fd的revents为POLLIN,调用handle_keychord
*/
for(;;){
int nr, i, timeout =-1;

for(i =0; i < fd_count; i++)
ufds[i].revents =0;

drain_action_queue();
restart_processes();

if(process_needs_restart){
timeout =(process_needs_restart - gettime())*1000;
if(timeout <0)
timeout =0;
}#if BOOTCHART
if(bootchart_count >0){
if(timeout <0|| timeout > BOOTCHART_POLLING_MS)
timeout = BOOTCHART_POLLING_MS;
if(bootchart_step()<0||--bootchart_count ==0){
bootchart_finish();
bootchart_count =0;
}
}#endif
nr = poll(ufds, fd_count, timeout);
if(nr <=0)
continue;

if(ufds[2].revents == POLLIN){
/* we got a SIGCHLD - reap and restart as needed */
read(signal_recv_fd, tmp,sizeof(tmp));
while(!wait_for_one_process(0))
;
continue;
}

if(ufds[0].revents == POLLIN)
handle_device_fd(device_fd);

if(ufds[1].revents == POLLIN)
handle_property_set_fd(property_set_fd);
if(ufds[3].revents == POLLIN)
handle_keychord(keychord_fd);
}

return0;}


2、启动脚本init.rc

在 Android中使用启动脚本init.rc,可以在系统的初始化过程中进行一些简单的初始化操作。这个脚本被直接安装到目标系统的根文件系统中,被 init可执行程序解析。 init.rc是在init启动后被执行的启动脚本,其余发主要包含了以下内容:

Commands:命令

Actions:动作

Triggers:触发条件

Services:服务

Options:选项

Propertise:属性

Commands是一些基本的操作,例如:

mkdir /sdcard 0000 system system
mkdir /system
mkdir /data 0771 system system
mkdir /cache 0770 system cache
mkdir /config 0500 root root
mkdir /sqlite_stmt_journals 01777 root root
mount tmpfs tmpfs /sqlite_stmt_journals size=4m

这些命令在init可执行程序中被解析,然后调用相关的函数来实现。 Actions(动作)表示一系列的命令,通常在Triggers(触发条件)中调用,动作和触发条件例如:

on init
export PATH /sbin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin

init表示一个触发条件,这个触发事件发生后,进行设置环境变量和建立目录的操作称为一个“动作” Services(服务)通常表示启动一个可执行程序,Options(选项)是服务的附加内容,用于配合服务使用。

service vold /system/bin/vold
socket vold stream 0660 root mount

service bootsound /system/bin/playmp3
user media
group audio
oneshot

vold和bootsound分别是两个服务的名称,/system/bin /vold和/system /bin/playmp3分别是他们所对应的可执行程序。socket、user、group、oneshot就是配合服务使用的选项。 Properties(属性)是系统中使用的一些值,可以进行设置和读取。

setprop ro.FOREGROUND_APP_MEM 1536
setprop ro.VISIBLE_APP_MEM 2048
start adbd

setprop 用于设置属性,on property可以用于判断属性,这里的属性在整个Android系统运行中都是一致的。

综上如果想要修改启动过程只需要修改init.c或者init.rc里的内容即可.

3. 总结:

(1)内核的init_post类似接口,会去文件系统中启动init类似的用户进程

(2)android实现了这样的init,这就是android框架启动的地方,当然linux内核也可说是android系统的一部分

(3)init进程无限分裂,启动框架,演变成android系统

(4)android的init进程的代码在system/core/init/init.c中,从main函数开始.

本文完~
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