linux内核启动到android系统

很多人阅读代码，总喜欢从头开始，这样觉得很安全，有依靠，无论如何总是能知道“头”，有头就能找到任何需要的部分。

Android生在linux内核基础上，linux内核启动的最后一步，一定是启动的android的进程，下面看收集到的文章。

1. linux内核启动过程

引用地址：http://blog.csdn.net/ayangke/article/details/6888699

       内核版本：2.6.22  为什么要采用这样一个较低的版本进行移植了，因为韦东山大牛说了，低版本的才能学到东西，越是高版本需要移植时做的工作量越少，学的东西越少。

       内核启动分为三个阶段，第一是运行head.S文件和head-common.S，第三个阶段是允许第二是运行main.c文件

       对于ARM的处理器，内核第一个启动的文件是arc/arm/kernel下面的head.S文件。当然arc/arm/boot/compress下面 也有这个文件，这个文件和上面的文件略有不同，当要生成压缩的内核时zImage时，启动的是后者，后者与前者不同的时，它前面的代码是做自解压的，后面 的代码都相同。我们这里这分析arc/arm/kernel下面的head.S文件。当head.S所作的工作完成后它会跳到init/目录下跌的 main.c的start_kernel函数开始执行。

 

第一阶段：

 

首先截取部分head.S文件

ENTRY(stext)

       msr  cpsr_c,#PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode

                                          @ andirqs disabled

       mrc  p15,0, r9, c0, c0           @ get processor id

       bl    __lookup_processor_type             @ r5=procinfo r9=cpuid

       movs       r10,r5                         @ invalidprocessor (r5=0)?

       beq  __error_p                     @ yes, error 'p'

       bl    __lookup_machine_type        @ r5=machinfo

       movs       r8,r5                           @ invalidmachine (r5=0)?

       beq  __error_a                     @ yes, error 'a'

       bl    __create_page_tables

 

       /*

        *The following calls CPU specific code in a position independent

        *manner.  See arch/arm/mm/proc-*.S fordetails.  r10 = base of

        *xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type

        *above.  On return, the CPU will be readyfor the MMU to be

        *turned on, and r0 will hold the CPU control register value.

        */

       ldr   r13,__switch_data        @ address to jump toafter

                                          @ mmuhas been enabled

       adr   lr,__enable_mmu          @ return (PIC)address

 

 

第一步,执行的是__lookup_processor_type，这个函数是检查处理器型号，它读取你的电路板的CPU型号与内核支持的处理器进行比较看是否能够处理。这个我们不关心它的具体实现过程，因为现在主流处理器内核都提供了支持。

       第二步，执行的是__lookup_machine_type，这个函数是来检查机器型号的，它会读取你bootloader传进来的机器ID和他能够处 理的机器ID进行比较看是否能够处理。内核的ID号定义在arc/arm/tool/mach_types文件中MACH_TYPE_xxxx宏定义。内 核究竟就如何检查是否是它支持的机器的呢？实际上每个机器都会在/arc/arm/mach-xxxx/smdk-xxxx.c文件中有个描述特定机器的 数据结构，如下

 

MACHINE_START(S3C2440,"SMDK2440")
       /* Maintainer: Ben Dooks<ben@fluff.org> */
       .phys_io  =S3C2410_PA_UART,
       .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
       .boot_params  = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

       .init_irq   =s3c24xx_init_irq,
       .map_io          =smdk2440_map_io,
       .init_machine  = smdk2440_machine_init,
       .timer             =&s3c24xx_timer,
MACHINE_END

MACHINE_START和 MACHINE_END实际上被展开成一个结构体

#defineMACHINE_START(_type,_name)                 \
staticconst struct machine_desc __mach_desc_##_type       \
 __used                                             \
 __attribute__((__section__(".arch.info.init")))= {    \
       .nr          =MACH_TYPE_##_type,           \
       .name             =_name,

#defineMACHINE_END                          \
};

 

于是上面的数据结构就被展开为

staticconst struct machine_desc __mach_desc_S3C2440     \
 __used                                             \
 __attribute__((__section__(".arch.info.init")))= {    \
       .nr          =MACH_TYPE_S3C2440,          \
       .name             =”SMDK2440”,};
.phys_io  = S3C2410_PA_UART,
       .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
       .boot_params  = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

       .init_irq   =s3c24xx_init_irq,
       .map_io          =smdk2440_map_io,
       .init_machine  = smdk2440_machine_init,
       .timer             =&s3c24xx_timer,

}

每个机器都会有一个machine_desc__mach_desc结构，内核通过检查每个machine_desc__mach_desc的nr 号和bootloader传上来的ID进行比较，如果相同，内核就认为支持该机器，而且内核在后面的工作中会调用该机器的 machine_desc__mach_desc_结构中的方法进行一些初始化工作。

       第三步，创建一级页表。

       第四步，在R13中保存__switch_data 这个函数的地址，在第四步使能mmu完成后会跳到该函数执行。

第五步，执行的是__enable_mmu，它是使能MMU，这个函数调用了__turn_mmu_on函数，让后在_turn_mmu_on在最后将第三步赋给R13的值传给了PC指针 （mov    pc, r13），于是内核开始跳到__switch_data这个函数开始执行。

 

我们再来看arch/arm/kenel/head-common.S这个文件中的__switch_data函数

 

__switch_data:
       .long       __mmap_switched
       .long       __data_loc                    @ r4
       .long       __data_start                  @ r5
       .long       __bss_start                    @ r6
       .long       _end                            @ r7
       .long       processor_id                 @ r4
       .long       __machine_arch_type           @ r5
       .long       cr_alignment                 @ r6
       .long       init_thread_union+ THREAD_START_SP @ sp

/*
 * The following fragment of code is executedwith the MMU on in MMU mode,
 * and uses absolute addresses; this is notposition independent.
 *
 *  r0  =cp#15 control register
 * r1  = machine ID
 * r9  = processor ID
 */
       .type       __mmap_switched,%function
__mmap_switched:
       adr   r3,__switch_data + 4

       ldmia      r3!,{r4, r5, r6, r7}
       cmp r4,r5                           @ Copy datasegment if needed
1:    cmpne     r5,r6
       ldrne       fp,[r4], #4
       strne       fp,[r5], #4
       bne  1b

       mov fp,#0                           @ Clear BSS(and zero fp)
1:    cmp r6,r7
       strcc fp,[r6],#4
       bcc  1b

       ldmia      r3,{r4, r5, r6, sp}
       str    r9, [r4]                  @ Save processor ID
       str    r1, [r5]                  @ Save machine type
       bic   r4,r0, #CR_A               @ Clear 'A' bit
       stmia       r6,{r0, r4}                   @ Save controlregister values
       b     start_kernel

 

这个函数做的工作是，复制数据段清楚BBS段，设置堆在指针，然后保存处理器内核和机器内核等工作，最后跳到start_kernel函数。于是内核开始执行第二阶段。

 

第二阶段：

 

       我们再来看init/目录下的main.c的start_kernel函数，这里我只截图了部分。

asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
       …………………….
       ……………………..
       printk(KERN_NOTICE);
       printk(linux_banner);
       setup_arch(&command_line);
       setup_command_line(command_line);


       parse_early_param();
       parse_args("Booting kernel",static_command_line, __start___param,
                __stop___param - __start___param,
                &unknown_bootoption);
……………………
…………………………
       init_IRQ();
       pidhash_init();
       init_timers();
       hrtimers_init();
       softirq_init();
       timekeeping_init();
       time_init();
       profile_init();
…………………………
……………………………
       console_init();
………………………………
………………………………
       rest_init();
}

从上面可以看出start_kernel首先是打印内核信息，然后对bootloader传进来的一些参数进行处理，再接着执行各种各样的初始化，在这其中会初始化控制台。最后会调用rest_init();

我们再来看rest_init()函数

static void noinline __init_refok rest_init(void)
    __releases(kernel_lock)
{
    int pid;

    kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
    ............
}

 他启动了kernel_init这个函数，再来看kerne_init函数

static int __init kernel_init(void * unused)
{
    ..............................

    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..
     */
    init_post();
    return 0;
}

kernel_init先调用了prepare_namespace();然后调用了init_post函数

void __init prepare_namespace(void)
{
    ..........................
    mount_root();
    .....................
}

可以看出prepare_namespace调用了mount_root挂接根文件系统。接着kernel_init再执行init_post

static int noinline init_post(void)
{
    .......................................
    /*打开dev/console控制台，并设置为标准输入、输出*/

    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);

    if (ramdisk_execute_command) {
        run_init_process(ramdisk_execute_command);
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",
                ramdisk_execute_command);
    }

    /*
     * We try each of these until one succeeds.
     *
     * The Bourne shell can be used instead of init if we are
     * trying to recover a really broken machine.
     */

    //如果bootloader指定了init参数，则启动init参数指定的进程
    if (execute_command) {
        run_init_process(execute_command);
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting "
                    "defaults...\n", execute_command);
    }

    //如果没有指定init参数，则分别带sbin、etc、bin目录下启动init进程
    run_init_process("/sbin/init");
    run_init_process("/etc/init");
    run_init_process("/bin/init");
    run_init_process("/bin/sh");

    panic("No init found.  Try passing init= option to kernel.");
}

 

注意上面的run_init_process的会等待init进程返回才往后面执行，所有它一旦找到一个init可执行的文件它将一去不复返。

综上，内核启动的过程大致为以下几步：

1.检查CPU和机器类型

2.进行堆栈、MMU等其他程序运行关键的东西进行初始化

3.打印内核信息

4.执行各种模块的初始化

5.挂接根文件系统

6.启动第一个init进程

2. android启动

引用地址：http://monner.iteye.com/blog/728334

Android 系统启动分析（转）

init进程是Android启动后系统执行的第一个名称为init的可执行程序。这个程序以一个守护进程的方式运行，它提供了以下功能：

• 设备管理
• 解析启动脚本
• 执行启动脚本中的基本功能
• 执行启动脚本中的各种功能

1、init可执行程序

init 可执行文件是系统运行的第一个用户空间程序，它以守护进程的方式运行。因此这个程序的init.c文件包含main函数的入口，基本分析如下：

int main(int argc,char**argv){   (省略若干。。。)       umask(0);  /*对umask进行清零。*/        mkdir("/dev",0755);/*为rootfs建立必要的文件夹，并挂载适当的分区。 */    mkdir("/proc",0755);    mkdir("/sys",0755);    mount("tmpfs","/dev","tmpfs",0,"mode=0755");    mkdir("/dev/pts",0755);    mkdir("/dev/socket",0755);    mount("devpts","/dev/pts","devpts",0, NULL);    mount("proc","/proc","proc",0, NULL);    mount("sysfs","/sys","sysfs",0, NULL);    /*创建/dev/null和/dev/kmsg节点*/    open_devnull_stdio();    log_init();       /*解析/init.rc，将所有服务和操作信息加入链表。*/    INFO("reading config file\n");    parse_config_file("/init.rc");    /*获取内核命令行参数*/    qemu_init();    import_kernel_cmdline(0);    /*先从上一步获得的全局变量中获取信息硬件信息和版本号，如果没有则从/proc/cpuinfo中提取，     *并保存到全局变量。根据硬件信息选择一个/init.(硬件).rc，并解析，将服务和操作信息加入链表。     */    get_hardware_name();    snprintf(tmp,sizeof(tmp),"/init.%s.rc", hardware);    parse_config_file(tmp);    /*执行链表中带有“early-init”触发的的命令。*/    action_for_each_trigger("early-init", action_add_queue_tail);    drain_action_queue();    /*遍历/sys文件夹，是内核产生设备添加事件（为了自动产生设备节点)。     *初始化属性系统，并导入初始化属性文件。用于在系统运行过程中动态创建设备节点、删除设备节点等操作     */    INFO("device init\n");    device_fd = device_init();    property_init();        // 从属性系统中得到ro.debuggable，若为1，则初始化keychord监听。    debuggable = property_get("ro.debuggable");    if(debuggable &&!strcmp(debuggable,"1")){        keychord_fd = open_keychord();    }    /*打开console，如果cmdline中没有指定的console则打开默认的/dev/console*/        if(console[0]){        snprintf(tmp,sizeof(tmp),"/dev/%s", console);        console_name = strdup(tmp);    }    fd = open(console_name, O_RDWR);    if(fd >=0)        have_console =1;    close(fd);    /*读取/initlogo.rle（一张位图），如果成功则在/dev/graphics/fb0 显示Logo,如果失败则将/dev/tty0     *设为TEXT模式并打开/dev/tty0,输出文本ANDROID（本人修改为Zhao Rui Jia做为启动项目的修改）。     */    if( load_565rle_image(INIT_IMAGE_FILE)){    fd = open("/dev/tty0", O_WRONLY);    if(fd >=0){        constchar*msg;            msg ="\n"        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"  // console is 40 cols x 30 lines        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"        "\n"      /*"             A N D R O I D ";*/        "          z h a o R u i J i a";        write(fd, msg, strlen(msg));        close(fd);    }    }   /* 判断cmdline 中的參數，并设置属性系统中的参数:    *  1、 如果 bootmode为    *     - factory,设置ro.factorytest值为1    *     - factory2,设置ro.factorytest值为2    *     - 其他的設ro.factorytest值為0    *  2、如果有serialno参数，则设置ro.serialno，否则为""    *  3、如果有bootmod参数，则设置ro.bootmod，否则为"unknown"    *  4、如果有baseband参数，则设置ro.baseband，否则为"unknown"    *  5、如果有carrier参数，则设置ro.carrier，否则为"unknown"    *  6、如果有bootloader参数，则设置ro.bootloader，否则为"unknown"    *  7、通过全局变量（前面从/proc/cpuinfo中提取的）设置ro.hardware和ro.version。    */    if(qemu[0])        import_kernel_cmdline(1);     if(!strcmp(bootmode,"factory"))        property_set("ro.factorytest","1");    elseif(!strcmp(bootmode,"factory2"))        property_set("ro.factorytest","2");    else        property_set("ro.factorytest","0");    property_set("ro.serialno", serialno[0]? serialno :"");    property_set("ro.bootmode", bootmode[0]? bootmode :"unknown");    property_set("ro.baseband", baseband[0]? baseband :"unknown");    property_set("ro.carrier", carrier[0]? carrier :"unknown");    property_set("ro.bootloader", bootloader[0]? bootloader :"unknown");    property_set("ro.hardware", hardware);    snprintf(tmp, PROP_VALUE_MAX,"%d", revision);    property_set("ro.revision", tmp);    /*执行所有触发标识为init的action。*/        action_for_each_trigger("init", action_add_queue_tail);    drain_action_queue();    property_set_fd = start_property_service();     /* 为sigchld handler创建信号机制*/       if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM,0, s)==0){        signal_fd = s[0];        signal_recv_fd = s[1];        fcntl(s[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC);        fcntl(s[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);        fcntl(s[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC);        fcntl(s[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);    }    /* 确认所有初始化工作完成     * device_fd(device init 完成)     * property_set_fd(property server start 完成)     * signal_recv_fd (信号机制建立)      */    if((device_fd <0)||        (property_set_fd <0)||        (signal_recv_fd <0)){        ERROR("init startup failure\n");        return1;    }    /* execute all the boot actions to get us started */    action_for_each_trigger("early-boot", action_add_queue_tail);    action_for_each_trigger("boot", action_add_queue_tail);    drain_action_queue();    /* run all property triggers based on current state of the properties */    queue_all_property_triggers();    drain_action_queue();    /* enable property triggers */       property_triggers_enabled =1;       /*   *    注册轮询事件:   *   - device_fd   *   - property_set_fd   *   -signal_recv_fd   *   -如果有keychord，则注册keychord_fd   */    ufds[0].fd = device_fd;    ufds[0].events = POLLIN;    ufds[1].fd = property_set_fd;    ufds[1].events = POLLIN;    ufds[2].fd = signal_recv_fd;    ufds[2].events = POLLIN;    fd_count =3;    if(keychord_fd >0){        ufds[3].fd = keychord_fd;        ufds[3].events = POLLIN;        fd_count++;    }else{        ufds[3].events =0;        ufds[3].revents =0;    }/*如果支持BOOTCHART,则初始化BOOTCHART*/#if BOOTCHART    bootchart_count = bootchart_init();    if(bootchart_count <0){        ERROR("bootcharting init failure\n");    }elseif(bootchart_count >0){        NOTICE("bootcharting started (period=%d ms)\n", bootchart_count*BOOTCHART_POLLING_MS);    }else{        NOTICE("bootcharting ignored\n");    }#endif  /*     *进入主进程循环:   *  - 重置轮询事件的接受状态，revents为0   *  - 查询action队列并执行。   *  - 重启需要重启的服务   *  - 轮询注册的事件   *       - 如果signal_recv_fd的revents为POLLIN，则得到一个信号，获取并处理   *       - 如果device_fd的revents为POLLIN,调用handle_device_fd   *       - 如果property_fd的revents为POLLIN,调用handle_property_set_fd   *       - 如果keychord_fd的revents为POLLIN,调用handle_keychord   */    for(;;){        int nr, i, timeout =-1;        for(i =0; i < fd_count; i++)            ufds[i].revents =0;        drain_action_queue();        restart_processes();        if(process_needs_restart){            timeout =(process_needs_restart - gettime())*1000;            if(timeout <0)                timeout =0;        }#if BOOTCHART        if(bootchart_count >0){            if(timeout <0|| timeout > BOOTCHART_POLLING_MS)                timeout = BOOTCHART_POLLING_MS;            if(bootchart_step()<0||--bootchart_count ==0){                bootchart_finish();                bootchart_count =0;            }        }#endif        nr = poll(ufds, fd_count, timeout);        if(nr <=0)            continue;        if(ufds[2].revents == POLLIN){            /* we got a SIGCHLD - reap and restart as needed */            read(signal_recv_fd, tmp,sizeof(tmp));            while(!wait_for_one_process(0))                ;            continue;        }        if(ufds[0].revents == POLLIN)            handle_device_fd(device_fd);        if(ufds[1].revents == POLLIN)            handle_property_set_fd(property_set_fd);        if(ufds[3].revents == POLLIN)            handle_keychord(keychord_fd);    }    return0;}

2、启动脚本init.rc

在 Android中使用启动脚本init.rc,可以在系统的初始化过程中进行一些简单的初始化操作。这个脚本被直接安装到目标系统的根文件系统中，被 init可执行程序解析。 init.rc是在init启动后被执行的启动脚本，其余发主要包含了以下内容：

• Commands：命令
• Actions：动作
• Triggers:触发条件
• Services：服务
• Options：选项
• Propertise：属性

Commands是一些基本的操作，例如：

    mkdir /sdcard 0000 system system    mkdir /system    mkdir /data 0771 system system    mkdir /cache 0770 system cache    mkdir /config 0500 root root    mkdir /sqlite_stmt_journals 01777 root root    mount tmpfs tmpfs /sqlite_stmt_journals size=4m

这些命令在init可执行程序中被解析，然后调用相关的函数来实现。 Actions(动作)表示一系列的命令，通常在Triggers（触发条件）中调用，动作和触发条件例如：

    on init    export PATH /sbin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin

init表示一个触发条件，这个触发事件发生后，进行设置环境变量和建立目录的操作称为一个“动作” Services（服务）通常表示启动一个可执行程序，Options（选项）是服务的附加内容，用于配合服务使用。

service vold /system/bin/vold    socket vold stream 0660 root mountservice bootsound /system/bin/playmp3    user media    group audio    oneshot

vold和bootsound分别是两个服务的名称，/system/bin /vold和/system /bin/playmp3分别是他们所对应的可执行程序。socket、user、group、oneshot就是配合服务使用的选项。 Properties（属性）是系统中使用的一些值，可以进行设置和读取。

    setprop ro.FOREGROUND_APP_MEM 1536    setprop ro.VISIBLE_APP_MEM 2048    start adbd

setprop 用于设置属性，on property可以用于判断属性，这里的属性在整个Android系统运行中都是一致的。

综上如果想要修改启动过程只需要修改init.c或者init.rc里的内容即可.

3. 总结：

(1)内核的init_post类似接口，会去文件系统中启动init类似的用户进程

(2)android实现了这样的init，这就是android框架启动的地方，当然linux内核也可说是android系统的一部分

(3)init进程无限分裂，启动框架，演变成android系统

(4)android的init进程的代码在system/core/init/init.c中，从main函数开始.