start_kernel到init进程启动的过程

杨明辉+ 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ”
一、实验过程

1.进入实验楼，打开系统终端，输入命令cd LinuxKernel
和qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage-initrd rootfs.img，内核启动完成后进入menu程序，支持三个命令help、version和quit；实验结果如图1所示：



图1

2.关闭打开的QEMU程序，在终端输入命令qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S，再次启动内核并使程序停止运行。实验结果如图2所示：



图2
3.重新打开一个新的终端，输入命cd LinuxKernel/和gdb启动gdb，在gdb中输入命令file linux-3.18.6/vmlinux，在gdb界面中加载符号表；然后输入命令target remote:1234建立gdb和gdbserver之间的连接；然后输入命令break start_kernel设置断点，输入c让qemu上的Linux继续运行，输入list可以查看断点附近的源码，实验结果如图3、图4所示：



图3



图4

二、从start_kernel到init进程启动过程的分析

1.Linux内核启动时首先调用start_Kernel函数，该函数相当于应用程序中的main()函数，在start_kernel函数中会调用大量的init函数来对内核环境进行初始化；包括CPU初始化、内存管理初始化、进程管理初始化、文件系统初始化、中断、同步互斥等。例如：

<span style="font-size:18px;">	thread_info_cache_init();//初始化thread info
cred_init();
fork_init(totalram_pages);//初始化fork
proc_caches_init();//初始化proc的catch
buffer_init();
key_init();
security_init();
dbg_late_init();//文件系统初始化
vfs_caches_init(totalram_pages);
signals_init();
/* rootfs populating might need page-writeback */
page_writeback_init();
proc_root_init();
cgroup_init();
cpuset_init();
taskstats_init_early();
delayacct_init();

check_bugs();

sfi_init_late();

if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES)) {
efi_late_init();
efi_free_boot_services();
}

ftrace_init();

/* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */
rest_init();</span>

2.Linux内核通过调用start_kernel函数完成初始化，然后调用rest_init()函数来启动第一个用户进程，该进程被称为1号进程，代码及分析如下所示：

static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
int pid;

rcu_scheduler_starting();
/*
* We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
* the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
* we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
*/
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);//启动1号进程，也称为init进程，是第一个用户进程
numa_default_policy();
pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
rcu_read_lock();
kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
rcu_read_unlock();
complete(&kthreadd_done);

/*
* The boot idle thread must execute schedule()
* at least once to get things moving:
*/
init_idle_bootup_task(current);
schedule_preempt_disabled();
/* Call into cpu_idle with preempt disabled */
cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);//由1号进程完成剩下的初始化工作
}

三、总结

1.  idle进程就是pid号为0的进程，它是系统创建的第一个进程，也是唯一一个没有通过fork()函数产生的进程，然后由idle进程调用fork()函数来产生第一个用户进程，即为1号进程。

2.  idle进程的优先级最低，并且不参与进程调度，只有在运行队列为空的时候才被调度。

3.  1号进程负责执行内核的部分初始化工作及进行系统配置，并创建若干个用于高速缓存和虚拟主存管理的内核线程。

4.  1号进程调用execve（）运行可执行程序init，并演变成用户态1号进程，即init进程