嵌入式Linux启动流程分析.doc

嵌入式Linux启动流程分析（转）linux嵌入式脚本actionlogin终端当Bootloader将控制权交给内核的引导程序时，第一个执行的程序就是head.S，它完毕了加载内核的大部分工作；misc.c则提供加载内核所需要的子程序，其中解压内核的子程序是head.S调用的重要程序，此外内核的加载还须知道系统的硬件信息，该硬件信息在hardware.h中定义并被head.S所引用。本系统中内核的启动流程如图1所示。本系统中，head.S一方面配置S3C4510B的系统寄存器SYSCFG、初始化系统的Flash、SDRAM以及总线控制寄存器，将Flash和SDRAM的地址范围分别设立为0x0-0x1fffff和0x1000000-0x1ffffff；根据本系统的功能特点，重新定义了中断优先级以及I/O口的配置；为了提高内核的运营速度，将2M的内核映像文献从Flash拷贝到SDRAM；通过操作一些系统寄存器，进行系统的存储器重映射，将Flash和SDRAM的地址区间分别重映射为0x1000000-0x11fffff和0x0-0xffffff；然后初始化系统堆栈；接着调用misc.c中的函数decompress_kernel，对拷贝到SDRAM的内核映像文献进行解压缩；最后跳转到执行调用内核函数call_kernel，调用call_kernel函数事实上是执行main.c中的start_kernel函数，该函数完毕的功能涉及解决器结构的初始化、中断的初始化、定期器的初始化、进程相关的初始化以及内存初始化等初始化工作；最后内核创建一个init线程，在该线程中调用init进程，完毕系统的启动当用户打开PC的电源，BIOS开机自检，按BIOS中设立的启动设备(通常是硬盘)启动，接着启动设备上安装的引导程序lilo或grub开始引导Linux，Linux一方面进行内核的引导，接下来执行init程序，init程序调用了rc.sysinit和rc等程序，rc.sysinit和rc当完毕系统初始化和运营服务的任务后，返回init；init启动了mingetty后，打开了终端供用户登录系统，用户登录成功后进入了Shell，这样就完毕了从开机到登录的整个启动过程。-power on-BIOS-Lilo/Grub-Kernerl boot-init(rc.sysinit, rc)-mingetty(login)-Shell-下面就将逐个介绍其中几个关键的部分：第一部分：内核的引导(核内引导)Red Hat9.0可以使用lilo或grub等引导程序开始引导Linux系统，当引导程序成功完毕引导任务后，Linux从它们手中接管了CPU的控制权，然后CPU就开始执行Linux的核心映象代码，开始了Linux启动过程。这里使用了几个汇编程序来引导Linux，这一步泛及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下的这几个文献：bootsect.S、setup.S、video.S等。其中bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码，它完毕加载动作后直接跳转到setup.S的程序入口。setup.S的重要功能就是将系统参数（涉及内存、磁盘等，由BIOS返回）拷贝到特别内存中，以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。此外，setup.S还将video.S中的代码包含进来，检测和设立显示器和显示模式。最后，setup.S将系统转换到保护模式，并跳转到 0x100000。那么0x100000这个内存地址中存放的是什么代码？而这些代码又是从何而来的呢？0x100000这个内存地址存放的是解压后的内核，由于Red Hat提供的内核包含了众多驱动和功能而显得比较大，所以在内核编译中使用了“makebzImage”方式，从而生成压缩过的内核，在RedHat中内核经常被命名为vmlinuz，在Linux的最初引导过程中，是通过arch/i386/boot/compressed/中的head.S运用misc.c中定义的decompress_kernel()函数，将内核vmlinuz解压到0x100000的。当CPU跳到0x100000时，将执行arch/i386/kernel/head.S中的startup_32，它也是vmlinux的入口，然后就跳转到start_kernel()中去了。start_kernel()是init/main.c中的定义的函数，start_kernel()中调用了一系列初始化函数，以完毕kernel自身的设立。start_kernel()函数中，做了大量的工作来建立基本的Linux核心环境。假如顺利执行完start_kernel()，则基本的Linux核心环境已经建立起来了。在start_kernel()的最后，通过调用init()函数，系统创建第一个核心线程，启动了init过程。而核心线程init()重要是来进行一些外设初始化的工作的，涉及调用do_basic_setup()完毕外设及其驱动程序的加载和初始化。并完毕文献系统初始化和root文献系统的安装。当do_basic_setup()函数返回init()，init()又打开了/dev/console设备，重定向三个标准的输入输出文献stdin、stdout和stderr到控制台，最后，搜索文献系统中的init程序（或者由init=命令行参数指定的程序），并使用 execve()系统调用加载执行init程序。到此init()函数结束，内核的引导部分也到此结束了，第二部分：运营initinit的进程号是1，从这一点就能看出，init进程是系统所有进程的起点，Linux在完毕核内引导以后，就开始运营init程序，。init程序需要读取配置文献/etc/inittab。inittab是一个不可执行的文本文献，它有若干行指令所组成。在Redhat系统中，inittab的内容如下所示(以“#开始的中注释为笔者增长的)：# inittab This file describes how the INIT process should set up# the system in a certain run-level.# Author: Miquel van Smoorenburg, # Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)# 1 - Single user mode# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)# 3 - Full multiuser mode# 4 - unused# 5 - X11# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)#表达当前缺省运营级别为5(initdefault)；id:5:initdefault:#启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本(sysinit)# System initialization.si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinitl0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4#当运营级别为5时，以5为参数运营/etc/rc.d/rc脚本，init将等待其返回(wait)l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6#在启动过程中允许按CTRL-ALT-DELETE重启系统# Trap CTRL-ALT-DELETEca:ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes# of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.# This does, of course, assume you have powerd installed and your# UPS connected and working correctly.pf:powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 Power Failure; System Shutting Down# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c Power Restored; Shutdown Cancelled#在2、3、4、5级别上以ttyX为参数执行/sbin/mingetty程序，打开ttyX终端用于用户登录，#假如进程退出则再次运营mingetty程序(respawn)# Run gettys in standard runlevels1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty12:2345:respawn:/sbin/mingetty tty23:2345:respawn:/sbin/mingetty tty34:2345:respawn:/sbin/mingetty tty45:2345:respawn:/sbin/mingetty tty56:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6#在5级别上运营xdm程序，提供xdm图形方式登录界面，并在退出时重新执行(respawn)# Run xdm in runlevel 5x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon以上面的inittab文献为例，来说明一下inittab的格式。其中以#开始的行是注释行，除了注释行之外，每一行都有以下格式：id:runlevel:action:process对上面各项的具体解释如下：1. idid是指入口标记符，它是一个字符串，对于getty或mingetty等其他login程序项，规定id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。2. runlevelrunlevel是init所处在的运营级别的标记，一般使用06以及S或s。0、1、6运营级别被系统保存：其中0作为shutdown动作，1作为重启至单用户模式，6为重启；S和s意义相同，表达单用户模式，且无需inittab文献，因此也不在inittab中出现，事实上，进入单用户模式时，init直接在控制台（/dev/console）上运营/sbin/sulogin。在一般的系统实现中，都使用了2、3、4、5几个级别，在Redhat系统中，2表达无NFS支持的多用户模式，3表达完全多用户模式（也是最常用的级别），4保存给用户自定义，5表达XDM图形登录方式。79级别也是可以使用的，传统的Unix系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的多个值，以匹配多个运营级别，对大多数action来说，仅当runlevel与当前运营级别匹配成功才会执行。3. actionaction是描述其后的process的运营方式的。action可取的值涉及：initdefault、sysinit、boot、bootwait等：initdefault是一个特殊的action值，用于标记缺省的启动级别；当init由核心激活以后，它将读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运营级别。假如没有inittab文献，或者其中没有initdefault项，init将在控制台上请求输入runlevel。sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运营，而忽略其中的runlevel。其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有具体的描述。4. processprocess为具体的执行程序。程序后面可以带参数。第三部分：系统初始化在init的配置文献中有这么一行：si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一个bash shell的脚本，它重要是完毕一些系统初始化的工作，rc.sysinit是每一个运营级别都要一方面运营的重要脚本。它重要完毕的工作有：激活互换分区，检查磁盘，加载硬件模块以及其它一些需要优先执行任务。rc.sysinit约有850多行，但是每个单一的功能还是比较简朴，并且带有注释，建议有爱好的用户可以自行阅读自己机器上的该文献，以了解系统初始化所具体情况。由于此文献较长，所以不在本文中列出来，也不做具体的介绍。当rc.sysinit程序执行完毕后，将返回init继续下一步。第四部分：启动相应运营级别的守护进程在rc.sysinit执行后，将返回init继续其它的动作，通常接下来会执行到/etc/rc.d/rc程序。以运营级别3为例，init将执行配置文献inittab中的以下这行：l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5这一行表达以5为参数运营/etc/rc.d/rc，/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本，它接受5作为参数，去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本，/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本事实上都是一些链接文献，而不是真正的rc启动脚本，真正的rc启动脚本事实上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。而这些rc启动脚本有着类似的用法，它们一般能接受start、stop、restart、status等参数。/etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的链接文献，对于以以S开头的启动脚本，将以start参数来运营。而假如发现存在相应的脚本也存在K打头的链接，并且已经处在运营态了(以/var/lock/subsys/下的文献作为标志)，则将一方面以stop为参数停止这些已经启动了的守护进程，然后再重新运营。这样做是为了保证是当init改变运营级别时，所有相关的守护进程都将重启。至于在每个运营级中将运营哪些守护进程，用户可以通过chkconfig或setup中的System Services来自行设定。常见的守护进程有：amd：自动安装NFS守护进程apmd:高级电源管理守护进程arpwatch：记录日记并构建一个在LAN接口上看到的以太网地址和IP地址对数据库autofs：自动安装管理进程automount，与NFS相关，依赖于NIScrond：Linux下的计划任务的守护进程named：DNS服务器netfs：安装NFS、Samba和NetWare网络文献系统network：激活已配置网络接口的脚本程序nfs：打开NFS服务portmap：RPC portmap管理器，它管理基于RPC服务的连接sendmail：邮件服务器sendmailsmb：Samba文献共享/打印服务syslog：一个让系统引导时起动syslog和klogd系统日记守候进程的脚本xfs：X Window字型服务器，为本地和远程X服务器提供字型集Xinetd：支持多种网络服务的核心守护进程，可以管理wuftp、sshd、telnet等服务这些守护进程也启动完毕了，rc程序也就执行完了，然后又将返回init继续下一步。第五部分：建立终端rc执行完毕后，返回init。这时基本系统环境已经设立好了，各种守护进程也已经启动了。init接下来会打开6个终端，以便用户登录系统。通过按Alt+Fn(n相应1-6)可以在这6个终端中切换。在inittab中的以下6行就是定义了6个终端：1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty12:2345:respawn:/sbin/mingetty tty23:2345:respawn:/sbin/mingetty tty34:2345:respawn:/sbin/mingetty tty45:2345:respawn:/sbin/mingetty tty56:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6从上面可以看出在2、3、4、5的运营级别中都将以respawn方式运营mingetty程序，mingetty程序能打开终端、设立模式。同时它会显示一个文本登录界面，这个界面就是我们经常看到的登录界面，在这个登录界面中会提醒用户输入用户名，而用户输入的用户将作为参数传给login程序来验证用户的身份。第六部分：登录系统，启动完毕对于运营级别为5的图形方式用户来说，他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入KDE、Gnome等窗口管理器。而本文重要讲的还是文本方式登录的情况：当我们看到mingetty的登录界面时，我们就可以输入用户名和密码来登录系统了。Linux的账号验证程序是login，login会接受mingetty传来的用户名作为用户名参数。然后login会对用户名进行分析：假如用户名不是root，且存在/etc/nologin文献，login将输出nologin文献的内容，然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录，假如不存在这个文献，则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文献用于对用户作出附加访问限制，假如不存在这个文献，则没有其他限制。在分析完用户名后，login将搜索/etc/passwd以及/etc/shadow来验证密码以及设立账户的其它信息，比如：主目录是什么、使用何种shell。假如没有指定主目录，将默认为根目录；假如没有指定shell，将默认为/bin/bash。login程序成功后，会向相应的终端在输出最近一次登录的信息(在/var/log/lastlog中有记录)，并检查用户是否有新邮件(在/usr/spool/mail/的相应用户名目录下)。然后开始设立各种环境变量：对于bash来说，系统一方面寻找/etc/profile脚本文献，并执行它；然后假如用户的主目录中存在.bash_profile文献，就执行它，在这些文献中又也许调用了其它配置文献，所有的配置文献执行后后，各种环境变量也设好了，这时会出现大家熟悉的命令行提醒符，到此整个启动过程就结束了。