linux启动流程分析

linux启动流程分析linux启动流程分析(1)---bootloader启动内核过程我分析的是2.4.19的内核版本，是xscale的平台，参考了网上很多有价值的帖子，也加入了自己的一些看法，陆续总结成文字，今天是第一篇：内核一般是由bootloader来引导的，通过bootloader启动内核一般要传递三个参数，第一个参数放在寄存器0中，一般都为0，r0=0；第二个参数放在寄存器1中，是机器类型id，r1=MachineTypeNumber；第三个参数放在寄存器2中，是启动参数标记列表在ram中的起始基地址；bootloader首先要将ramdisk（如果有）和内核拷贝到ram当中，然后可以通过c语言的模式启动内核：void(*startkernel)(intzero,intarch,unsignedintparams_addr)=(void(*)(int,int,unsignedint))KERNEL_RAM_BASE;startkernel(0,ARCH_NUMBER,(unsignedint)kernel_params_start);其中KERNEL_RAM_BASE为内核在ram中启动的地址，ARCH_NUMBER是MachineTypeNumber，kernel_params_start是参数在ram的偏移地址。这时候就将全力交给了内核。linux启动流程分析(2)---内核启动地址的确定内核编译链接过程是依靠vmlinux.lds文件，以arm为例vmlinux.lds文件位于kernel/arch/arm/vmlinux.lds，但是该文件是由vmlinux-armv.lds.in生成的，根据编译选项的不同源文件还可以是vmlinux-armo.lds.in，vmlinux-armv-xip.lds.in。vmlinux-armv.lds的生成过程在kernel/arch/arm/Makefile中LDSCRIPT=arch/arm/vmlinux-armv.lds.inarch/arm/vmlinux.lds:arch/arm/Makefile$(LDSCRIPT)\$(wildcardinclude/config/cpu/32.h)\$(wildcardinclude/config/cpu/26.h)\$(wildcardinclude/config/arch/*.h)@echo'Generating$@'@sed's/TEXTADDR/$(TEXTADDR)/;s/DATAADDR/$(DATAADDR)/'$(LDSCRIPT)$@vmlinux-armv.lds.in文件的内容：OUTPUT_ARCH(arm)ENTRY(stext)SECTIONS{.=TEXTADDR;.init:{/*Initcodeanddata*/_stext=.;__init_begin=.;*(.text.init)__proc_info_begin=.;*(.proc.info)__proc_info_end=.;__arch_info_begin=.;*(.arch.info)__arch_info_end=.;__tagtable_begin=.;*(.taglist)__tagtable_end=.;*(.data.init).=ALIGN(16);__setup_start=.;*(.setup.init)__setup_end=.;__initcall_start=.;*(.initcall.init)__initcall_end=.;.=ALIGN(4096);__init_end=.;}其中TEXTADDR就是内核启动的虚拟地址，定义在kernel/arch/arm/Makefile中：ifeq($(CONFIG_CPU_32),y)PROCESSOR=armvTEXTADDR=0xC0008000LDSCRIPT=arch/arm/vmlinux-armv.lds.inendif需要注意的是这里是虚拟地址而不是物理地址。一般情况下都在生成vmlinux后，再对内核进行压缩成为zImage，压缩的目录是kernel/arch/arm/boot。下载到flash中的是压缩后的zImage文件，zImage是由压缩后的vmlinux和解压缩程序组成，如下图所示：|-----------------|\|-----------------|||\||||\|decompresscode||vmlinux|\|-----------------|zImage||\||||||||||||||||/|-----------------|||/||/||/|-----------------|/zImage链接脚本也叫做vmlinux.lds，位于kernel/arch/arm/boot/compressed。是由同一目录下的vmlinux.lds.in文件生成的，内容如下：OUTPUT_ARCH(arm)ENTRY(_start)SECTIONS{.=LOAD_ADDR;_load_addr=.;.=TEXT_START;_text=.;.text:{_start=.;其中LOAD_ADDR就是zImage中解压缩代码的ram偏移地址，TEXT_START是内核ram启动的偏移地址，这个地址是物理地址。在kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中定义了：ZTEXTADDR=0ZRELADDR=0xa0008000ZTEXTADDR就是解压缩代码的ram偏移地址，ZRELADDR是内核ram启动的偏移地址，这里看到指定ZTEXTADDR的地址为0，明显是不正确的，因为我的平台上的ram起始地址是0xa0000000，在Makefile文件中看到了对该地址设置的几行注释：#WenowhaveaPICdecompressorimplementation.Decompressorsrunning#fromRAMshouldnotdefineZTEXTADDR.Decompressorsrunningdirectly#fromROMorFlashmustdefineZTEXTADDR(preferablyviatheconfig)他的意识是如果是在ram中进行解压缩时，不用指定它在ram中的运行地址，如果是在flash中就必须指定他的地址。所以这里将ZTEXTADDR指定为0，也就是没有真正指定地址。在kernel/arch/arm/boot/compressed/Makefile文件有一行脚本：SEDFLAGS=s/TEXT_START/$(ZTEXTADDR)/;s/LOAD_ADDR/$(ZRELADDR)/;s/BSS_START/$(ZBSSADDR)/使得TEXT_START=ZTEXTADDR，LOAD_ADDR=ZRELADDR。这样vmlinux.lds的生成过程如下：vmlinux.lds:vmlinux.lds.inMakefile$(TOPDIR)/arch/$(ARCH)/boot/Makefile$(TOPDIR)/.config@sed$(SEDFLAGS)vmlinux.lds.in$@以上就是我对内核启动地址的分析，总结一下内核启动地址的设置：1、设置kernel/arch/arm/Makefile文件中的TEXTADDR=0xC0008000内核启动的虚拟地址2、设置kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中的ZRELADDR=0xa0008000内核启动的物理地址如果需要从flash中启动还需要设置ZTEXTADDR地址。linux启动流程分析(3)---内核解压缩过程内核压缩和解压缩代码都在目录kernel/arch/arm/boot/compressed，编译完成后将产生vmlinux、head.o、misc.o、head-xscale.o、piggy.o这几个文件，head.o是内核的头部文件，负责初始设置；misc.o将主要负责内核的解压工作，它在head.o之后；head-xscale.o文件主要针对Xscale的初始化，将在链接时与head.o合并；piggy.o是一个中间文件，其实是一个压缩的内核(kernel/vmlinux)，只不过没有和初始化文件及解压文件链接而已；vmlinux是(没有－－lw：zImage是压缩过的内核)压缩过的内核，就是由piggy.o、head.o、misc.o、head-xscale.o组成的。在BootLoader完成系统的引导以后并将Linux内核调入内存之后，调用bootLinux()，这个函数将跳转到kernel的起始位置。如果kernel没有压缩，就可以启动了。如果kernel压缩过，则要进行解压，在压缩过的kernel头部有解压程序。压缩过得kernel入口第一个文件源码位置在arch/arm/boot/compressed/head.S。它将调用函数decompress_kernel()，这个函数在文件arch/arm/boot/compressed/misc.c中，decompress_kernel()又调用proc_decomp_setup(),arch_decomp_setup()进行设置，然后使用在打印出信息“UncompressingLinux...”后，调用gunzip()。将内核放于指定的位置。以下分析head.S文件：(1)对于各种ArmCPU的DEBUG输出设定，通过定义宏来统一操作。(2)设置kernel开始和结束地址，保存architectureID。(3)如果在ARM2以上的CPU中，用的是普通用户模式，则升到超级用户模式，然后关中断。(4)分析LC0结构deltaoffset，判断是否需要重载内核地址(r0存入偏移量，判断r0是否为零)。这里是否需要重载内核地址，我以为主要分析arch/arm/boot/Makefile、arch/arm/boot/compressed/Makefile和arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in三个文件，主要看vmlinux.lds.in链接文件的主要段的位置，LOAD_ADDR(_load_addr)＝0xA0008000，而对于TEXT_START(_text、_start)的位置只设为0，BSS_START(__bss_start)＝ALIGN(4)。对于这样的结果依赖于，对内核解压的运行方式，也就是说，内核解压前是在内存(RAM)中还是在FLASH上，因为这里，我们的BOOTLOADER将压缩内核(zImage)移到了RAM的0xA0008000位置，我们的压缩内核是在内存(RAM)从0xA0008000地址开始顺序排列，因此我们的r0获得的偏移量是载入地址(0xA0008000)。接下来的工作是要把内核镜像的相对地址转化为内存的物理地址，即重载内核地址。(5)需要重载内核地址，将r0的偏移量加到BSSregion和GOTtable中。(6)清空bss堆栈空间r2－r3。(7)建立C程序运行需要的缓存，并赋于64K的栈空间。(8)这时r2是缓存的结束地址，r4是kernel的最后执行地址，r5是kernel境象文件的开始地址。检查是否地址有冲突。将r5等于r2，使decompress后的kernel地址就在64K的栈之后。(9)调用文件misc.c的函数decompress_kernel()，解压内核于缓存结束的地方(r2地址之后)。此时各寄存器值有如下变化：r0为解压后kernel的大小r4为kernel执行时的地址r5为解压后kernel的起始地址r6为CPU类型值(processorID)r7为系统类型值(architectureID)(10)将reloc_start代码拷贝之kernel之后(r5+r0之后)，首先清除缓存，而后执行reloc_s