linux的启动过程与系统调用过程

刚刚考完l嵌入式linux，总结了下linux的启动过程与系统调用的过程，怕以后忘，姑且先记下来，只是个大概的框架。

1. linux的启动过程
   在上电之后，会产生一个复位异常，程序计数器PC会被强制指向一个地址，一般为0x00000000，从这里执行初始化引导代码。这里要分两种情况：如果是在PC机上，会首先执行固件中的boot代码，即BIOS，然后再执行硬盘MBR中的bootloader，即grub；如果是在开发板上，会直接运行bootloader，一般为uboot。
   以开发板上为例，uboot的启动分为两个阶段，第一阶段的代码用汇编语言编写，短小精悍，运行在Flash磁盘中，用来初始化硬件，主要任务是将第二阶段的部分加载到RAM中，然后跳转到第二阶段；第二阶段代码用c语言编写，运行在RAM中，初始化与本阶段有关的硬件，之所以用c语言编写，是因为在这一阶段可以进行下载模式/加载模式的选择，功能较复杂，用汇编实现比较困难，最后跳转至内核入口。
   linux内核的启动也分为两种情况：如果为未压缩的镜像vmlinux，会直接从入口运行，如果是压缩镜像zImage，则会先运行镜像头部的解压缩文件，然后对内核代码进行重定位，再跳转至内核入口继续运行。内核的入口为head.s的Entry(stext)，head.s中的代码用来检测处理器，创建初始化页表目录，初始化堆栈，清理bss段，然后跳转至真正的内核启动入口main.c。
   mian.c 的第一个函数是start_kernel()，它主要完成如下几个步骤：1.调用setup_arch()函数进行与体系相关的初始化，而体系结构的确定是通过machine_desc结构体，它包含处理器型号、机器号等与体系结构有关的数据。2.创建中断向量表，初始化中断处理函数。3.初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制。4.初始化内存管理……（等等各种初始化）。最后创建init进程，这是系统的1号进程，它来完成根文件系统的挂载，执行用户传来的“init= ”启动参数执行用户指定的命令，或者按顺序执行以下几个进程之一：/sbin/init、/etc/init、/bin/init、/bin/sh，如果这四个进程有一个启动成功，则init服务启动成功，init服务会按照inittab的参数进行后续的初始化，linux启动完毕。

2. linux系统调用过程
   以open()函数为例，当用户应用程序运行到open()处时，会首先找到glibc库中的open()函数，它封装了open()的系统调用号，所以也成为封装例程。然后执行软中断，如果是在x86体系上软中断指令为int $0x80，在执行软中断前会先将系统调用号保存至eax寄存器，然后调用宏SAVE_ALL保存现场在用户栈，执行软中断后系统会内陷至内核态，因为软中断是一个异常，所以会执行一个异常处理函数，这个函数为system_call()，该函数会将系统调用号取出并乘4作为偏移地址（系统调用号位8位，而地址为32位），与系统调用表的基址相加找到open()对应的系统服务例程所在的地址，然后改变PC指向该地址，执行系统服务例程即sys_open()，sys_open()会调用do_sys_open()执行打开操作，执行完后会调用ret_from_sys_open()返回用户态，然后调用宏RESTORE_ALL恢复现场，系统调用结束。执行过程中，参数的传递是通过栈，因为系统服务例程的定义会加上关键字asmlinkage，它指明是通过栈来传递参数的。