内核初始化

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1 背景知识

BootLoader阶段后，cpu从实模式转换成保护模式。有了更强的寻址能力后，内核也已经加载到内存了，系统内核正式开始：在kernel源码init/main.c文件中，内核的启动从入口函数start_kernel()。其中进行一系列的初始化XXXX_init

阅读源码: https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source

代码流程: init_task --> trap_init() --> mm_init() --> sched_init() --> vfs_caches_init() --> rest_init()

1. 入口函数: start_kernel()在kernel源码的init/main.c文件中
2. 创建0号进程(init_task): set_task_stack_end_magic(&init_task);开天辟地第一个进程，pid为0，唯一一个没有通过 fork 或者 kernel_thread 产生的进程
3. 初始化模块: start_kernel()中,定位到其他的初始化调用，其中有关键的几个

trap_init(); //系统调用相关 设置中断门
mm_init();	//内存管理
sched_init();	//调度模块
vfs_caches_init();	//rootfs文件系统
rest_init();  	//其他方面的init

4. 创建1号进程(kernel_init): kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS),创建了pid为1的进程，这是第一个用户进程，是所有其他用户进程的鼻祖进程。
5. 创建2号进程(kthreadd): kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES)，这里创建了第三个进程，pid为2，是内核态所有task的祖先，作用是将内核态所有的task进行统一的调度和管理。

2 内核初始化

1、 0号进程

定位到入口函数start_kernel(void)，发现有一处调用set_task_stack_end_magic(&init_task);。这里kernel刚启动创建的第一个进程，pid为0，唯一一个没有通过 fork 或者 kernel_thread 产生的进程。

set_task_stack_end_magic(&init_task);

2、 各个模块初始化

同样在start_kernel(void)可以定位到其他的初始化调用，其中有关键的几个

trap_init(); //系统调用相关 设置中断门

mm_init();	//内存管理

sched_init();	//调度模块

vfs_caches_init();	//rootfs文件系统

rest_init(); 		//其他方面的init

3 补充知识

3.1 用户态和内核态

有用户进程后系统的运行模式发生变化，使用x86提供的权限访问机制，有Ring0…Ring3 4种权限(为避免多进程对资源访问的混乱)。

• 用户进程一般放在Ring3，我们称为用户态
• 核心驱动代码一般放在Ring0，称为内核态

3.2 系统调用

用户程序要访问核心资源，需要通过系统提供的系统调用接口，从用户态进入内核态。这个过程就是这样的：用户态 - 系统调用 - 保存寄存器 - 内核态执行系统调用 - 恢复寄存器 - 返回用户态，然后接着运行。

3.3 ramdisk的作用

kernel启动过程中，一开始到用户态的是ramdisk的init，后来会启动真正根文件系统上的init，成为所有用户态进程的祖先。

为什么没有直接从根文件系统上加载init，这是因为文件系统一定存在一个存储设备上。要对设备访问需要驱动程序，而对内存可以直接访问。所以想在内存上建立一个文件系统，先运行要访问存储设备的驱动程序，有了驱动就能设置根文件系统，就能启动根文件系统上的init程序了。

9 References

• 极客时间- 内核初始化