android 开机启动流程分析(01) init之前启动说明

    xiaoxiao2022-07-02  125

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    本章关键点总结 & 说明:

    这里用思维导图的模式把每一篇文章的关键点绘制出来,方便理解和回忆

    1  init启动前的关键流程

    1.1 bootloader启动流程

    第一阶段:硬件初始化,SVC模式,关闭中断,关闭看门狗,初始化栈,进入C代码 第二阶段:CPU/board/中断初始化;初始化内存与flash;将kernel从flash中拷贝到内存中;执行bootm,启动内核

    说明:简单说明下,整个bootloader存启动的目的就是初始化flash,将kernel拷贝到内存中,执行bootm来启动内核

    1.2 kernel启动流程

    start_kernel() ->rest_init(){创建2个进程} -->kernel_init --->执行保存在__initcall_start与__early_initcall_end之间的函数 --->smp 多核初始化处理 --->内核驱动模块初始化 --->init_post->run_init_process->kernel_execve启动init,一个用户态线程 -->另一个kthreadd,一个内核态线程

    说明:kernel启动的目的就死出实话各个硬件设备,然后最后启动两个 关键线程,一个是用户态的init,一个是内核态的kthreadd

    2 整体流程的解读

    {这里首先描述从start_kernel到init之间的启动流程,图很全,在这一部分我们只关注上半部分即可}

    2.1 Linux通过调用start_kernel函数来启动内核,当内核启动模块启动完成后,将启动用户空间的第一个进程

    说明:Linux内核在启动过程中同时创建了2个进程: 进程1:一个名为Kthreadd的内核进程,PID=2,用于创建内核空间的其他进程;      {一部分内核进程如binder、dhd_watchdog等进程的PPID=2,说明这些进程都是由kthreadd进程创建:}  进程2:第一个用户空间Init进程,该进程PID = 1,用于启动一些本地进程 {比如Zygote进程,而Zygote进程也是一个专门用于孵化Java进程的本地进程}

    2.2 Init进程启动代码分析

    2.2.1 在Linux内核启动过程中,将调用Start_kernel来初始化配置:

    asmlinkage void __init start_kernel(void) { ...//执行初始化工作 rest_init(); }

     start_kernel函数调用一些初始化函数完成初始化工作后,调用rest_init()函数来创建新的进程:

    static noinline void __init_refok rest_init(void) __releases(kernel_lock) { int pid; rcu_scheduler_starting(); //创建一个kernel_init进程,该进程实质上是Init进程,用于启动用户空间进程 kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); numa_default_policy(); //创建一个kthreadd内核线程,用于创建新的内核进程 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); unlock_kernel(); //The boot idle thread must execute schedule() at least once to get things moving: init_idle_bootup_task(current); preempt_enable_no_resched(); schedule(); preempt_disable(); cpu_idle(); //Call into cpu_idle with preempt disabled }

    在rest_init函数里完成两个新进程的创建:Init进程和kthreadd进程,因为Init进程创建在先,所以其PID=1而kthreadd的PID=2, kernel_thread函数仅仅调用了fork系统调用来创建新的进程,创建的子进程和父进程都执行在fork函数调用之后的代码,子进程是父进程的一个拷贝。同时 这里最后关注下 init进程到底是如何启动的

    2.2.2 因此继续分析kernel_init函数:

    static int __init kernel_init(void * unused) { wait_for_completion(&kthreadd_done); set_mems_allowed(node_states[N_HIGH_MEMORY]); set_cpus_allowed_ptr(current, cpu_all_mask); cad_pid = task_pid(current); smp_prepare_cpus(setup_max_cpus); //执行保存在__initcall_start与__early_initcall_end之间的函数 do_pre_smp_initcalls(); lockup_detector_init(); //smp 多核初始化处理 smp_init(); sched_init_smp(); do_basic_setup();//内核驱动模块初始化 /* Open the /dev/console on the rootfs, this should never fail */ 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); /* * check if there is an early userspace init. If yes, let it do all * the work */ 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.. * 进入用户空间,执行用户空间代码 */ init_post(); return 0; }

    在kernel_init函数中调用__initcall_start到__initcall_end之间保存的函数进行驱动模块初始化,然后直接调用init_post()函数进入用户空间2.2.3 执行Init 进程代码。

    static noinline int init_post(void) { /* need to finish all async __init code before freeing the memory */ async_synchronize_full(); free_initmem(); mark_rodata_ro(); system_state = SYSTEM_RUNNING; numa_default_policy(); current->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE; //如果ramdisk_execute_command不为空,ramdisk_execute_command下的Init程序 if (ramdisk_execute_command) { run_init_process(ramdisk_execute_command); printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",ramdisk_execute_command); } //如果execute_command不为空,execute_command下的Init程序 if (execute_command) { run_init_process(execute_command); printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting ""defaults...\n", execute_command); } //如果以上路径下都没有init程序,就从/sbin、/etc、/bin三个路径下寻找init程序,同时启动一个sh进程 run_init_process("/sbin/init"); run_init_process("/etc/init"); run_init_process("/bin/init"); run_init_process("/bin/sh"); //如果以上路径都没有找到init程序,调用内核panic panic("No init found. Try passing init= option to kernel. " "See Linux Documentation/init.txt for guidance."); }

    当根文件系统顶层目录中不存在init进程,或未指定启动选项"init="时,内核会到/sbin、/etc、/bin目录下查找init文件。 如果在这些目录中仍未找到init文件,内核就会中止执行init进程,并引发Kernel Panic。 run_init_process函数通过系统调用do_execve从内核空间跳转到用户空间,并且执行用户空间的Init程序的入口函数。

    static void run_init_process(const char *init_filename) { argv_init[0] = init_filename; kernel_execve(init_filename, argv_init, envp_init); }

    这里就介绍完了内核启动流程,run_init_process函数的将执行Init程序的入口函数{Init的入口函数位于/system/core/init/init.c}

    2.2.4 其他说明

    这里简单说明下,最近也在研究嵌入式Linux系统,也做过相关开机启动优化的流程分析,实际上开机都会启动到init进程中,不同之处就在于init之后的架构,开始截然不同。

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