linux reboot 实现流程

原文地址：http://blog.csdn.net/davion_zhang/article/details/52233043

一、版本说明

嵌入式Linux 下面的reboot命令看似简单，但出问题时定位起来发现别有洞天。

下面就按在shell下执行reboot命令之后程序的执行过程进行解析。

Busybox：1.23.2                        ——制作跟文件系统，/sbin/reboot程序的由来

Libc：2.6.1                                  ——标准C库

Linux kernel：2.6.35                 ——内核版本

 

二、流程简介

         如图所示是reboot的简要流程图。

 

 普通的reboot是通过busybox为入口，进入halt_main函数，然后给init进程发送SIGTERM信号，init进程接收到信号后给其他进程发送终止信号，最后调用C库函数reboot，reboot通过系统调用sys_reboot进入内核，内核将整个系统重启。其中在shell中执行reboot –f则通过halt_main直接调用C函数reboot，不经过init进程。

三、代码详解

1.reboot命令端

执行reboot命令，busybox检查当前命令为reboot，进入函数halt_main，

reboot，halt和poweroff都会进入这个函数，不同的命令发送的信号和执行的操作不同。

现只分析reboot的情况。

代码如下

[cpp] view plain copy print?

1. int halt_main(int argc, char **argv) MAIN_EXTERNALLY_VISIBLE;  
2. int halt_main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv)  
3. {  
4.     static const int magic[] = {  
5.         RB_HALT_SYSTEM,  
6.         RB_POWER_OFF,  
7.         RB_AUTOBOOT  
8.     };  
9.     static const smallint signals[] = { SIGUSR1, SIGUSR2, SIGTERM };  
10.   
11.     int delay = 0;  
12.     int which, flags, rc;  
13.   
14.     /* Figure out which applet we're running */  
15.     for (which = 0; "hpr"[which] != applet_name[0]; which++)  
16.         continue;  
17.   
18.     /* Parse and handle arguments */  
19.     opt_complementary = "d+"; /* -d N */  
20.     /* We support -w even if !ENABLE_FEATURE_WTMP, 
21.      * in order to not break scripts. 
22.      * -i (shut down network interfaces) is ignored. 
23.      */  
24.     flags = getopt32(argv, "d:nfwi", &delay);  
25.   
26.     sleep(delay);  
27.   
28.     write_wtmp();  
29.   
30.     if (flags & 8) /* -w */  
31.         return EXIT_SUCCESS;  
32.   
33.     if (!(flags & 2)) /* no -n */  
34.         sync();  
35.   
36.     /* Perform action. */  
37.     rc = 1;  
38.     if (!(flags & 4)) { /* no -f */  
39. //TODO: I tend to think that signalling linuxrc is wrong  
40. // pity original author didn't comment on it...  
41.         if (ENABLE_FEATURE_INITRD) {  
42.             /* talk to linuxrc */  
43.             /* bbox init/linuxrc assumed */  
44.             pid_t *pidlist = find_pid_by_name("linuxrc");  
45.             if (pidlist[0] > 0)  
46.                 rc = kill(pidlist[0], signals[which]);  
47.             if (ENABLE_FEATURE_CLEAN_UP)  
48.                 free(pidlist);  
49.         }  
50.         if (rc) {  
51.             /* talk to init */  
52.             if (!ENABLE_FEATURE_CALL_TELINIT) {  
53.                 /* bbox init assumed */  
54.                 rc = kill(1, signals[which]);  
55.             } else {  
56.                 /* SysV style init assumed */  
57.                 /* runlevels: 
58.                  * 0 == shutdown 
59.                  * 6 == reboot */  
60.                 execlp(CONFIG_TELINIT_PATH,  
61.                         CONFIG_TELINIT_PATH,  
62.                         which == 2 ? "6" : "0",  
63.                         (char *)NULL  
64.                 );  
65.                 bb_perror_msg_and_die("can't execute '%s'",  
66.                         CONFIG_TELINIT_PATH);  
67.             }  
68.         }  
69.     } else {  
70.         rc = reboot(magic[which]);  
71.     }  
72.   
73.     if (rc)  
74.         bb_perror_nomsg_and_die();  
75.     return rc;  
76. }  

该函数判断reboot是否带了 -f 参数，如果带了，直接调用reboot调用C函数库

如果没带，则通过

kill(1, signals[which]);

给init进程发送SIGTERM信号。

2.init进程端

init进程初始化函数init_main将部分信号进行重定义

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1. bb_signals_recursive_norestart(0  
2.     + (1 << SIGINT)  /* Ctrl-Alt-Del */  
3.     + (1 << SIGQUIT) /* re-exec another init */  
4. fdef SIGPWR  
5.     + (1 << SIGPWR)  /* halt */  
6. ndif  
7.     + (1 << SIGUSR1) /* halt */  
8.     + (1 << SIGTERM) /* reboot */  
9.     + (1 << SIGUSR2) /* poweroff */  
10. f ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB  
11.     + (1 << SIGHUP)  /* reread /etc/inittab */  
12. ndif  
13.     , record_signo);  

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1. void record_signo(int signo)  
2. {  
3.     bb_got_signal = signo;  
4. }  

将SIGUSR1(halt) SIGUSR2(poweroff) SIGTERM(reboot)信号存入全局变量bb_got_signal中。 
在init_main的最后进入一个while(1)循环，不断检查信号和等待子进程的退出

其中check_delayed_sigs就是用来检查这个全局变量的，如下：

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1. while (1) {  
2.     int maybe_WNOHANG;  
3.   
4.     maybe_WNOHANG = check_delayed_sigs();  
5.   
6.     /* (Re)run the respawn/askfirst stuff */  
7.     run_actions(RESPAWN | ASKFIRST);  
8.     maybe_WNOHANG |= check_delayed_sigs();  
9.   
10.     /* Don't consume all CPU time - sleep a bit */  
11.     sleep(1);  
12.     maybe_WNOHANG |= check_delayed_sigs();  
13.   
14.     /* Wait for any child process(es) to exit. 
15.      * 
16.      * If check_delayed_sigs above reported that a signal 
17.      * was caught, wait will be nonblocking. This ensures 
18.      * that if SIGHUP has reloaded inittab, respawn and askfirst 
19.      * actions will not be delayed until next child death. 
20.      */  
21.     if (maybe_WNOHANG)  
22.         maybe_WNOHANG = WNOHANG;  
23.     while (1) {  
24.         pid_t wpid;  
25.         struct init_action *a;  
26.   
27.         /* If signals happen _in_ the wait, they interrupt it, 
28.          * bb_signals_recursive_norestart set them up that way 
29.          */  
30.         wpid = waitpid(-1, NULL, maybe_WNOHANG);  
31.         if (wpid <= 0)  
32.             break;  
33.   
34.         a = mark_terminated(wpid);  
35.         if (a) {  
36.             message(L_LOG, "process '%s' (pid %d) exited. "  
37.                     "Scheduling for restart.",  
38.                     a->command, wpid);  
39.         }  
40.         /* See if anyone else is waiting to be reaped */  
41.         maybe_WNOHANG = WNOHANG;  
42.     }  
43. } /* while (1) */  

而里面的while(1)一般会阻塞在waitpid中，那么信号检查是不是会有问题？

• WNOHANG        如果没有可用的子进程退出状态，立即返回而不是阻塞

但maybe_WNOHANG的值应该是0，不是WNOHANG(=1)感觉还是会阻塞。我这样理解的，因为所有的用户进程都是init进程的子进程，我判断前面执行reboot时也是一个子进程，halt_main发送完信号后就会退出，init接收到信号而且waitpid成功，然后跳出循环检查信号。

下面看一下信号的处理部分

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1. static int check_delayed_sigs(void)  
2. {  
3.     int sigs_seen = 0;  
4.   
5.     while (1) {  
6.         smallint sig = bb_got_signal;  
7.   
8.         if (!sig)  
9.             return sigs_seen;  
10.         bb_got_signal = 0;  
11.         sigs_seen = 1;  
12. #if ENABLE_FEATURE_USE_INITTAB  
13.         if (sig == SIGHUP)  
14.             reload_inittab();  
15. #endif  
16.         if (sig == SIGINT)  
17.             run_actions(CTRLALTDEL);  
18.         if (sig == SIGQUIT) {  
19.             exec_restart_action();  
20.             /* returns only if no restart action defined */  
21.         }  
22.         if ((1 << sig) & (0  
23. #ifdef SIGPWR  
24.             + (1 << SIGPWR)  
25. #endif  
26.             + (1 << SIGUSR1)  
27.             + (1 << SIGUSR2)  
28.             + (1 << SIGTERM)  
29.         )) {  
30.             halt_reboot_pwoff(sig);  
31.         }  
32.     }  
33. }  

判断为SIGTERM进入halt_reboot_pwoff函数

[cpp] view plain copy print?

1. static void halt_reboot_pwoff(int sig)  
2. {  
3.     const char *m;  
4.     unsigned rb;  
5.   
6.     /* We may call run() and it unmasks signals, 
7.      * including the one masked inside this signal handler. 
8.      * Testcase which would start multiple reboot scripts: 
9.      *  while true; do reboot; done 
10.      * Preventing it: 
11.      */  
12.     reset_sighandlers_and_unblock_sigs();  
13.   
14.     run_shutdown_and_kill_processes();  
15.   
16.     m = "halt";  
17.     rb = RB_HALT_SYSTEM;  
18.     if (sig == SIGTERM) {  
19.         m = "reboot";  
20.         rb = RB_AUTOBOOT;  
21.     } else if (sig == SIGUSR2) {  
22.         m = "poweroff";  
23.         rb = RB_POWER_OFF;  
24.     }  
25.     message(L_CONSOLE, "Requesting system %s", m);  
26.     pause_and_low_level_reboot(rb);  
27.     /* not reached */  
28. }  

reset_sighandlers_and_unblock_sigs函数将信号重置回默认处理。

[cpp] view plain copy print?

1. static void reset_sighandlers_and_unblock_sigs(void)  
2. {  
3.     bb_signals(0  
4.         + (1 << SIGUSR1)  
5.         + (1 << SIGUSR2)  
6.         + (1 << SIGTERM)  
7.         + (1 << SIGQUIT)  
8.         + (1 << SIGINT)  
9.         + (1 << SIGHUP)  
10.         + (1 << SIGTSTP)  
11.         + (1 << SIGSTOP)  
12.         , SIG_DFL);  
13.     sigprocmask_allsigs(SIG_UNBLOCK);  
14. }  

run_shutdown_and_kill_processes函数给所有进程发送SIGTERM信号并执行sync(保存数据)

延时后再次发送SIGKILL信号，这里说明一下为什么要发送SIGKILL信号，一般的SIGINT和SIGTERM信号都可以屏蔽或转作他用，SIGKILL信号是不可被屏蔽的，

这样告诉其他进程必须终止。

[cpp] view plain copy print?

1. static void run_shutdown_and_kill_processes(void)  
2. {  
3.     /* Run everything to be run at "shutdown".  This is done _prior_ 
4.      * to killing everything, in case people wish to use scripts to 
5.      * shut things down gracefully... */  
6.     run_actions(SHUTDOWN);  
7.   
8.     message(L_CONSOLE | L_LOG, "The system is going down NOW!");  
9.   
10.     /* Send signals to every process _except_ pid 1 */  
11.     kill(-1, SIGTERM);  
12.     message(L_CONSOLE | L_LOG, "Sent SIG%s to all processes", "TERM");  
13.     sync();  
14.     sleep(1);  
15.   
16.     kill(-1, SIGKILL);  
17.     message(L_CONSOLE, "Sent SIG%s to all processes", "KILL");  
18.     sync();  
19.     /*sleep(1); - callers take care about making a pause */  
20. }  

最终进入函数pause_and_low_level_reboot，起一个轻量级进程执行reboot标准C函数

[cpp] view plain copy print?

1. static void pause_and_low_level_reboot(unsigned magic)  
2. {  
3.     pid_t pid;  
4.   
5.     /* Allow time for last message to reach serial console, etc */  
6.     sleep(1);  
7.   
8.     /* We have to fork here, since the kernel calls do_exit(EXIT_SUCCESS) 
9.      * in linux/kernel/sys.c, which can cause the machine to panic when 
10.      * the init process exits... */  
11.     pid = vfork();  
12.     if (pid == 0) { /* child */  
13.         reboot(magic);  
14.         _exit(EXIT_SUCCESS);  
15.     }  
16.     while (1)  
17.         sleep(1);  
18. }  

到这里busybox里面的内容全部处理完。

3.标准C函数reboot

前面执行reboot -f 就是直接执行的这个函数

reboot函数比较简单，直接进行系统调用进入内核。（0xffe1dead  feeldead这个魔术还是比较有意思的）

其中参数howto为RB_AUTOBOOT=0x01234567

sysdeps/unix/sysv/linux/reboot.c

[cpp] view plain copy print?

1. int  
2. reboot (int howto)  
3. {  
4.   return INLINE_SYSCALL (reboot, 3, (int) 0xfee1dead, 672274793, howto);  
5. }  

4.内核系统调用

kernel/sys.c

[cpp] view plain copy print?

1. SYSCALL_DEFINE4(reboot, int, magic1, int, magic2, unsigned int, cmd,  
2.         void __user *, arg)  
3. {  
4. 。。。  
5.   
6.     mutex_lock(&reboot_mutex);  
7.     switch (cmd) {  
8.     case LINUX_REBOOT_CMD_RESTART:  
9.         kernel_restart(NULL);  
10.         break;  
11.   
12.     case LINUX_REBOOT_CMD_CAD_ON:  
13.         C_A_D = 1;  
14.         break;  
15.   
16.     case LINUX_REBOOT_CMD_CAD_OFF:  
17.         C_A_D = 0;  
18.         break;  
19.   
20.     case LINUX_REBOOT_CMD_HALT:  
21.         kernel_halt();  
22.         do_exit(0);  
23.         panic("cannot halt");  
24.   
25.     case LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF:  
26.         kernel_power_off();  
27.         do_exit(0);  
28.         break;  
29.   
30. 。。。  
31.   
32.     default:  
33.         ret = -EINVAL;  
34.         break;  
35.     }  
36.     mutex_unlock(&reboot_mutex);  
37.     return ret;  
38. }  

进入

case LINUX_REBOOT_CMD_RESTART:
kernel_restart(NULL);
break;
调用kernel_restart函数

——>machine_restart

[cpp] view plain copy print?

1. void machine_restart(char *cmd)  
2. {  
3.     machine_shutdown();  
4.     if (ppc_md.restart)  
5.         ppc_md.restart(cmd);  
6. #ifdef CONFIG_SMP  
7.     smp_send_stop();  
8. #endif  
9.     printk(KERN_EMERG "System Halted, OK to turn off power\n");  
10.     local_irq_disable();  
11.     while (1) ;  
12. }  

这个函数之后就与具体的架构有关系了。

下面是powerpc P1020芯片的复位

ppc_md.restart(cmd);的函数原型在/arch/powerpc/platforms/85xx中定义

[cpp] view plain copy print?

1. define_machine(p2020_rdb_pc) {  
2.     .name           = "P2020RDB-PC",  
3.     .probe          = p2020_rdb_pc_probe,  
4.     .setup_arch     = mpc85xx_rdb_setup_arch,  
5.     .init_IRQ       = mpc85xx_rdb_pic_init,  
6. #ifdef CONFIG_PCI  
7.     .pcibios_fixup_bus  = fsl_pcibios_fixup_bus,  
8. #endif  
9.     .get_irq        = mpic_get_irq,  
10.     .restart        = fsl_rstcr_restart,  
11.     .calibrate_decr     = generic_calibrate_decr,  
12.     .progress       = udbg_progress,  
13. };  

[cpp] view plain copy print?

1. void fsl_rstcr_restart(char *cmd)  
2. {  
3.     local_irq_disable();  
4.     if (rstcr)  
5.         /* set reset control register */  
6.         out_be32(rstcr, 0x2);   /* HRESET_REQ */  
7.   
8.     while (1) ;  
9. }  

最终cpu往寄存器Reset control register（0x000E_00B0）中写2

也就是往管脚HRESET_REQ发出了一个信号，该信号应该与HRESET硬复位管脚相连

这样就实现了CPU的复位