Linux Kernel Init Bootstrap 内核初始化启动

抽象

Bootloader -> kernel 初始化-> 用户空间init进程

内核版本：6.10

入口

现代操作系统已经和以前不一样，不一定是从汇编启动了

• lecacy BIOS，x86体系为主，arch/x86/boot/bootsect.S 汇编跳转到main入口，新版代码已经看不到了

• grub 入口

  grub> set root=(hd0,1)
  grub> linux /boot/vmlinuz-3.13.0-29-generic root=/dev/sda1
  grub> initrd /boot/initrd.img-3.13.0-29-generic
  grub> boot
  

• uefi 入口
  boot.efi

• uboot 入口(arm体系为主)
  一般使用Image_header结构体+类似bl汇编跳转执行指令来启动kernel_start函数

built-in.a 内核的拓展静态库

defconfig/Makefile/Kbuild的可选开关

• 内核内置目标 -obj-y
• 可加载驱动模块-obj-m
• 库文件目标 -lib-y
  选择Y会编译然后统一AR打成 built-in.a
  选择M会被打成.ko

这里只列举几种，更多见官网文档-Makefile

builtin的都会被内核进程通过 module_init/initcall 链接符号去调用

ELF vmlinux

vmlinux(Virtual Memory Linux) 就是我们常说的内核，本身是一个带有调试符号的ELF文件，包含了上面的built-in.a, 虚拟内存

Tips：ELF(Executable and Linkable Format)是UNIX世界的可执行文件，LINUX内核也是一个程序； vmlinux是一个ELF文件，如果是vmlinuz则代表是压缩过的vmlinux。但这里没有UNIX环境所以没办法直接启动。那为什么还编译出ELF呢？因为编译器只能编译出ELF（摊手🤷

zImage/bzImage

一个带有自解压的可引导的可执行二进制程序，通过OBJCOPY\AS\CC\LD等编译器操作将 带有vmlinux的压缩包+自解压程序及其解压所需链接库打在一起，然后用OBJCOPY去除了ELF和符号，加上了BIOS/UEFI/Loader可执行的程序码用于“原始”启动。

原料：主要由 arch//boot/compressed 构成

• head.o 架构初始化代码，被Bootloader执行
• head-<cpu>.o 处理器初始化代码
• decompress.o, misc.o 自解压代码
• *.gz. 包含裁剪过符号的vmlinux内核ELF的压缩包

产物：

• zImage 可执行自解压出内核ELF内压缩可执行文件，此外还有衍生的 Image.lz4+ resource.img => boot.img
  

文件系统 rootfs

有两种可选

• initrd/initramfs 只读虚拟最小文件系统，挂载的ramdisk镜像，安卓方案就是这个。
• 直接挂载储存器分区 /

然后内核就会启动rootfs上用户空间的第一个进程 init

LINUX KERNEL 阶段

init/main.c
无论启动方式如何，最后都会启动内核的start_kernel(void)函数
像内核驱动开发里面经常需要处理的 early_init 的钩子就在这里