Linux的啟動和核心介紹
加入技術交流群
對象是一些剛對Linux核心感興趣，并且準備進一步研究和改造的同志。
因為是由提綱整理而成，有些亂，見諒！
四部分內容：
一、Linux核心源碼結構介紹
二、編譯和配置的過程
三、系統(tǒng)啟動順序的相關文件
四、核心改造的一些經驗
一、
當我們安裝好一個Linux系統(tǒng)，通常核心源碼存放在/usr/src/linux/目錄。
下面先看看這目錄下的各個子目錄及文件。
[/]#cd /usr/src/linux
[linux]#ls -aF
./ MAINTAINERS drivers/ kernel/ scripts/
../ Makefile fs/ lib/
COPYING README include/ mm/
CREDITS Rules.make init/ modules/
Documentation/ arch/ ipc/ net/
下面我們逐一描述：
COPYING
GPL版權申明，看后你至少應該知道，你對具有GPL版權的源代碼改動而形成的程序，或使用GPL工具產生的程序，具有使用GPL發(fā)表的義務。其中之一就是公開源代碼。 bitsCN#com中國網管聯(lián)盟
CREDITS
光榮榜，你應當感謝的一些人的信息，其中的每一個人都對Linux做出過很大貢獻。
Documentation/
文檔目錄，可有選擇地看一下你感興趣的部分
MAINTAINERS
維護人員列表，對當前版本的內核各部分都有誰負責，如果你研究的夠深入，可以與他們討論
Makefile
如果你在UNIX編譯過程序，可以看明白README，Linus 所寫，核心及其編譯配置方法簡單介紹Rules.make： make時使用的一些共同規(guī)則
arch/
architecture（體系結構）我關心的i386啟動過程在其中，包括Linux在多種平臺下的實現(xiàn)。如果要移植系統(tǒng)到一個新的CPU環(huán)境中，這就是你要關心的目錄
drivers/
驅動程序目錄，包含大量設備驅動的實現(xiàn)，按類別分子目錄
fs/
文件系統(tǒng)，實現(xiàn)了當前流行的幾乎所有文件系統(tǒng)。Cool
include/
嵌入文件目錄
init/
初始化文件，包含main.c和version.c兩個文件。Initialize
ipc/
ipc的實現(xiàn)，與SYS V兼容
kernel/
最核心代碼，調度，中斷，信號等的處理
lib/
一些工具。
Mm/
內存管理，Memory Manager，虛擬頁、緩沖的實現(xiàn)。 中國_網管聯(lián)盟bitsCN.com
Modules/
模塊文件目錄，用于存放編譯時產生的模塊目標文件（參考編譯過程）
net/
網絡實現(xiàn)，包括TCP/IP在內的大量網絡協(xié)議的實現(xiàn)。
Scripts/
描述文件，腳本，用于對核心的配置。
二、
構造內核
常用命令包括：
make config, dep, clean, mrproper, zImage, bzImage, modules, modules_install
(1) make config
核心配置，調用./scripts/Configure 按照arch/i386/config.in 來進行配置。
命令執(zhí)行完后產生文件.config，其中保存著配置信息。下一次再做make config將產生新的.config文件，原.config被改名為.config.old
(2)make dep
尋找依存關系，產生兩個文件.depend和.hdepend。其中.hdepend表示每個.h文件都包含其它哪些嵌入文件。而.depend 文件有多個，在每個會產生目標文件(.o)文件的目錄下均有，它表示每個目標文件都依賴哪些嵌入文件(.h)。
(3)make clean
清出以前構核所產生的所有目標文件、模塊文件、核心以及一些臨時文件等，不產生任何文件。
(4)make rmproper
刪除所有因構核過程中產生的所有文件，及除了做make clean外，還要刪除.config，.depend等文件，把核心源碼恢復到最原始的狀態(tài)。下次構核時就必須重新配置了。
(5)make, make zImage, make bzImage
make:
構核。通過各目錄的Makefile文件進行。會在各個目錄下產生一大堆目標文件，若核心代碼沒有錯誤，將產生文件vmlinux，這就是所構的核心。并產生映射文件System.map通過各目錄的Makefile文件進行。.version 文件中的數(shù)加1，表示版本號（又產生一個新的版本了），讓你明白，你已經對核心改動過多少次了。
Make zImage：
在make的基礎上產生壓縮的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/zImage以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產生一些臨時文件。
Make bzImage:
在make 的基礎上產生壓縮比例更大的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/bzImage以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產生一些臨時文件。在核心太大時進行。
(6)make modules
編譯模塊文件，你在make config時所配置的所有模塊將在這時編譯，形成模塊目標文件，并把這些目標文件存放在modules目錄中。使用如下命令看一看。
Ls modules
(7)make modules_install
把上面編譯好的模塊目標文件目錄/lib/modules/$KERNEL_VERSION/ 中。比如我的版本是2.0.36，做完這個操作后可使用下面的命令看看：
ls /lib/modules/2.0.36/
相關的命令還有很多，有興趣可看相關資料和Makefile文件。
另外注意，這兒我們產生了一些隱含文件
.config
.oldconfig
.depend
.hdepend
.version
它們的意義應該很清楚了。
三、
系統(tǒng)的啟動順序及相關文件
仍在核心源碼目錄下，看以下幾個文件
./arch/$ARCH/boot/bootsect.s
./arch/$ARCH/boot/setup.s
./init/main.c
bootsect.S 及 setup.S
這個程序是linux kernel的第一個程序，包括了linux自己的bootstrap程序，但是在說明這個程序前，必須先說明一般IBM PC開機時的動作(此處的開機是指"打開PC的電源"):
一般PC在電源一開時，是由內存中地址FFFF:0000開始執(zhí)行(這個地址一定在ROM BIOS中，ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中)，而此處的內容則是一個jump指令，jump到另一個位於ROM BIOS中的位置，開始執(zhí)行一系列的動作，包括了檢查RAM，keyboard，顯示器，軟硬磁盤等等，這些動作是由系統(tǒng)測試代碼(system test code)來執(zhí)行的，隨著制作BIOS廠商的不同而會有些許差異，但都是大同小異，讀者可自行觀察自家機器開機時，螢幕上所顯示的檢查訊息。
緊接著系統(tǒng)測試碼之后，控制權會轉移給ROM中的啟動程序(ROM bootstrap routine)，這個程序會將磁盤上的第零軌第零扇區(qū)讀入內存中(這就是一般所謂的boot sector，如果你曾接觸過電腦病，
毒，就大概聽過它的大名)，至於被讀到內存的哪里呢? --絕對位置07C0:0000(即07C00h處)，這是IBM系列PC的特性。而位在linux開機磁盤的boot sector上的正是linux的bootsect程序，也就是說，bootsect是第一個被讀入內存中并執(zhí)行的程序?，F(xiàn)在，我們可以開始來看看到底bootsect做了什么。
第一步
首先，bootsect將它"自己"從被ROM BIOS載入的絕對地址0x7C00處搬到0x90000處，然后利用一個jmpi(jump indirectly)的指令，跳到新位置的jmpi的下一行去執(zhí)行，
第二步
接著，將其他segment registers包括DS，ES，SS都指向0x9000這個位置，與CS看齊。另外將SP及DX指向一任意位移地址( offset )，這個地址等一下會用來存放磁盤參數(shù)表(disk para- meter table )
第三步
接著利用BIOS中斷服務int 13h的第0號功能，重置磁盤控制器，使得剛才的設定發(fā)揮功能。
第四步
完成重置磁盤控制器之后，bootsect就從磁盤上讀入緊鄰著bootsect的setup程序，也就是setup.S，此讀入動作是利用BIOS中斷服務int 13h的第2號功能。Setup的image將會讀入至程序所指定的內存絕對地址0x90200處，也就是在內存中緊鄰著bootsect 所在的位置。待setup的image讀入內存后，利用BIOS中斷服務int 13h的第8號功能讀取目前磁盤的參數(shù)。
第五步
再來，就要讀入真正linux的kernel了，也就是你可以在linux的根目錄下看到的"vmlinuz" 。在讀入前，將會先呼叫BIOS中斷服務int 10h 的第3號功能，讀取游標位置，之后再呼叫BIOS 中斷服務int 10h的第13h號功能，在螢幕上輸出字串"Loading"，這個字串在boot linux時都會首先被看到，相信大家應該覺得很眼熟吧。
第六步
接下來做的事是檢查root device，之后就仿照一開始的方法，利用indirect jump 跳至剛剛已讀入的setup部份比較
把大家所熟知的MS DOS 與linux的開機部份做個粗淺的比較，MS DOS 由位於磁盤上boot sector的boot程序負責把IO.SYS載入內存中，而IO.SYS則負有把DOS的kernel --MSDOS.SYS載入內存的重責大任。而linux則是由位於boot sector 的
bootsect程序負責把setup及l(fā)inux的kernel載入內存中，再將控制權交給setup。
##這幾步內容主要參照一個臺灣同胞寫的文檔，setup.s的內容希望有人補充。
Start_kernel()
當核心被載入后，首先進入的函數(shù)就是start_kernel。
./init/main.c 中函數(shù)start_kernel包含核心的啟動過程及順序。
通過它來看核心整個初始化過程。
首先進行一系列初始化，包括： [bitsCN.Com]
trap_init(); ##./arch/i386/kernel/traps.c 陷入
init_IRQ(); ##./arch/i386/kernel/irq.c setup IRQ
sched_init(); ##./kernel/sched.c 調度初始化，并初始化bottom_half
time_init(); ##./arch/i386/kernel/time.c
init_modules(); ##
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
評論