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前幾天大家對Linux的啟動(dòng)有些討論。

于是整理了一下前段時(shí)間與他人交流的提綱，希望起到拋磚引玉的作用。

這是一次對Linux介紹后的整理。

對象是一些剛對Linux核心感興趣，并且準備進(jìn)一步研究和改造的同志。

因為是由提綱整理而成，有些亂，見(jiàn)諒！

四部分內容：

一、Linux核心源碼結構介紹

二、編譯和配置的過(guò)程

三、系統啟動(dòng)順序的相關(guān)文件

四、核心改造的一些經(jīng)驗

一、

當我們安裝好一個(gè)Linux系統，通常核心源碼存放在/usr/src/linux/目錄。

下面先看看這目錄下的各個(gè)子目錄及文件。

[/]#cd /usr/src/linux

[linux]#ls -aF

./ MAINTAINERS drivers/ kernel/ scripts/

../ Makefile fs/ lib/

COPYING README include/ mm/

CREDITS Rules.make init/ modules/

Documentation/ arch/ ipc/ net/

下面我們逐一描述：

COPYING

## GPL版權申明，看后你至少應該知道，你對具有GPL版權的源代碼改動(dòng)而

形成的程序，或使用GPL工具產(chǎn)生的程序，具有使用GPL發(fā)表的義務(wù)。其中之一就是

公開(kāi)源代碼。

CREDITS

## 光榮榜，你應當感謝的一些人的信息，其中的每一個(gè)人都對Linux做出過(guò)

很大貢獻。

Documentation/

## 文檔目錄，可有選擇地看一下你感興趣的部分

MAINTAINERS

## 維護人員列表，對當前版本的內核各部分都有誰(shuí)負責，如果你研究的

夠深入，可以與他們討論

Makefile

## 如果你在UNIX編譯過(guò)程序，可以看明白

README

## Linus 所寫(xiě)，核心及其編譯配置方法簡(jiǎn)單介紹

Rules.make

## make時(shí)使用的一些共同規則

arch/

## architecture（體系結構）我關(guān)心的i386啟動(dòng)過(guò)程在其中，

## 包括Linux在多種平臺下的實(shí)現。如果要移植系統到一個(gè)新的

##CPU環(huán)境中，這就是你要關(guān)心的目錄

drivers/

## 驅動(dòng)程序目錄，包含大量設備驅動(dòng)的實(shí)現，按類(lèi)別分子目錄

fs/

## 文件系統，實(shí)現了當前流行的幾乎所有文件系統。Cool

include/

## 嵌入文件目錄

init/

## 初始化文件，包含main.c和version.c兩個(gè)文件。Initialize

ipc/

## ipc的實(shí)現，與SYS V兼容

kernel/

## 最核心代碼，調度，中斷，信號等的處理

lib/

## 一些工具。

mm/

## 內存管理，Memory Manager，虛擬頁(yè)、緩沖的實(shí)現。

modules/

## 模塊文件目錄，用于存放編譯時(shí)產(chǎn)生的模塊目標文件（參考編譯過(guò)程）

net/

## 網(wǎng)絡(luò )實(shí)現，包括TCP/IP在內的大量網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的實(shí)現。

scripts/

## 描述文件，腳本，用于對核心的配置。

二、

構造內核

常用命令包括：

核心配置，調用./scripts/Configure 按照arch/i386/config.in 來(lái)進(jìn)行

配置。

命令執行完后產(chǎn)生文件.config，其中保存著(zhù)配置信息。

下一次再做makeconfig將產(chǎn)生新的.config文件，原.config被改名為.config.old

(2)make dep

尋找依存關(guān)系。

產(chǎn)生兩個(gè)文件.depend和.hdepend

其中.hdepend表示每個(gè).h文件都包含其它哪些嵌入文件。

而.depend 文件有多個(gè)，在每個(gè)會(huì )產(chǎn)生目標文件(.o)文件的目錄下均有，

它表示每個(gè)目標文件都依賴(lài)哪些嵌入文件(.h)。

刪除所有因構核過(guò)程中產(chǎn)生的所有文件，及除了做make clean外，還要

刪除.config，.depend等文件，把核心源碼恢復到最原始的狀態(tài)。

下次構核時(shí)就必須重新配置了。

構核。通過(guò)各目錄的Makefile文件進(jìn)行。

會(huì )在各個(gè)目錄下產(chǎn)生一大堆目標文件，若核心代碼沒(méi)有錯誤，將

產(chǎn)生文件vmlinux，這就是所構的核心。并產(chǎn)生映射文件System.map

通過(guò)各目錄的Makefile文件進(jìn)行。

.version 文件中的數加1，表示版本號（又產(chǎn)生一個(gè)新的版本了），讓你

明白，你已經(jīng)對核心改動(dòng)過(guò)多少次了。

make zImage：

在make的基礎上產(chǎn)生壓縮的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/zImage

以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產(chǎn)生一些臨時(shí)文件。

make bzImage:

在make 的基礎上產(chǎn)生壓縮比例更大的核心映象文件

以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產(chǎn)生一些臨時(shí)文件。

在核心太大時(shí)進(jìn)行。

(6)make modules

編譯模塊文件，你在makeconfig時(shí)所配置的所有模塊將在這時(shí)編譯，

形成模塊目標文件，并把這些目標文件存放在modules目錄中。

使用如下命令看一看。

把上面編譯好的模塊目標文件目錄/lib/modules/$KERNEL_VERSION/ 中。

比如我的版本是2.0.36，做完這個(gè)操作后可使用下面的命令看看：

相關(guān)的命令還有很多，有興趣可看相關(guān)資料和Makefile文件。

另外注意，這兒我們產(chǎn)生了一些隱含文件

./arch/$ARCH/boot/bootsect.s

./arch/$ARCH/boot/setup.s

./init/main.c

bootsect.S 及 setup.S

　這個(gè)程序是linuxkernel的第一個(gè)程序，包括了linux自己的bootstrap程序，

但是在說(shuō)明這個(gè)程序前，必須先說(shuō)明一般IBMPC開(kāi)機時(shí)的動(dòng)作(此處的開(kāi)機是指

"打開(kāi)PC的電源"):

　　一般PC在電源一開(kāi)時(shí)，是由內存中地址FFFF:0000開(kāi)始執行(這個(gè)地址一定

在ROM BIOS中，ROMBIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中)，而此處的內容則是一個(gè)

jump指令，jump到另一個(gè)位於ROMBIOS中的位置，開(kāi)始執行一系列的動(dòng)作，包

括了檢查RAM，keyboard，顯示器，軟硬磁盤(pán)等等，這些動(dòng)作是由系統測試代碼

(system test code)來(lái)執行的，隨著(zhù)制作BIOS廠(chǎng)商的不同而會(huì )有些許差異，但都

是大同小異，讀者可自行觀(guān)察自家機器開(kāi)機時(shí)，螢幕上所顯示的檢查訊息。

　　緊接著(zhù)系統測試碼之后，控制權會(huì )轉移給ROM中的啟動(dòng)程序

(ROM bootstrap routine)，這個(gè)程序會(huì )將磁盤(pán)上的第零軌第零扇區讀入

內存中(這就是一般所謂的bootsector，如果你曾接觸過(guò)電腦病

毒，就大概聽(tīng)過(guò)它的大名)，至於被讀到內存的哪里呢?--絕對

位置07C0:0000(即07C00h處)，這是IBM系列PC的特性。而位在linux開(kāi)機

磁盤(pán)的bootsector上的正是linux的bootsect程序，也就是說(shuō)，bootsect是

第一個(gè)被讀入內存中并執行的程序?，F在，我們可以開(kāi)始來(lái)

看看到底bootsect做了什么。

第一步

　首先，bootsect將它"自己"從被ROMBIOS載入的絕對地址0x7C00處搬到

0x90000處，然后利用一個(gè)jmpi(jumpindirectly)的指令，跳到新位置的

jmpi的下一行去執行，

第二步

　接著(zhù)，將其他segmentregisters包括DS，ES，SS都指向0x9000這個(gè)位置，

與CS看齊。另外將SP及DX指向一任意位移地址(offset )，這個(gè)地址等一下

會(huì )用來(lái)存放磁盤(pán)參數表(disk para-meter table )

第三步

　接著(zhù)利用BIOS中斷服務(wù)int13h的第0號功能，重置磁盤(pán)控制器，使得剛才

的設定發(fā)揮功能。

第四步

　完成重置磁盤(pán)控制器之后，bootsect就從磁盤(pán)上讀入緊鄰著(zhù)bootsect的setup

程序，也就是setup.S，此讀入動(dòng)作是利用BIOS中斷服務(wù)int 13h的第2號功能。

setup的image將會(huì )讀入至程序所指定的內存絕對地址0x90200處，也就是在內存

中緊鄰著(zhù)bootsect 所在的位置。待setup的image讀入內存后，利用BIOS中斷服

務(wù)int 13h的第8號功能讀取目前磁盤(pán)的參數。

第五步

　再來(lái)，就要讀入真正linux的kernel了，也就是你可以在linux的根目錄下看

到的"vmlinuz" 。在讀入前，將會(huì )先呼叫BIOS中斷服務(wù)int 10h 的第3號功能，

讀取游標位置，之后再呼叫BIOS中斷服務(wù)int 10h的第13h號功能，在螢幕上輸

出字串"Loading"，這個(gè)字串在bootlinux時(shí)都會(huì )首先被看到，相信大家應該覺(jué)

得很眼熟吧。

第六步

　接下來(lái)做的事是檢查rootdevice，之后就仿照一開(kāi)始的方法，利用indirect

jump 跳至剛剛已讀入的setup部份

比較

　　把大家所熟知的MS DOS與linux的開(kāi)機部份做個(gè)粗淺的比較，MS DOS 由位於

磁盤(pán)上bootsector的boot程序負責把IO.SYS載入內存中，而IO.SYS則負有把DOS

的kernel--MSDOS.SYS載入內存的重責大任。而linux則是由位於boot sector的

bootsect程序負責把setup及linux的kernel載入內存中，再將控制權交給setup。

##這幾步內容主要參照一個(gè)臺灣同胞寫(xiě)的文檔，setup.s的內容希望有人補充。

當核心被載入后，首先進(jìn)入的函數就是start_kernel。

./init/main.c 中函數start_kernel包含核心的啟動(dòng)過(guò)程及順序。

通過(guò)它來(lái)看核心整個(gè)初始化過(guò)程。

首先進(jìn)行一系列初始化，包括：

trap_init(); ##./arch/i386/kernel/traps.c陷入

init_IRQ(); ##./arch/i386/kernel/irq.c setupIRQ

sched_init(); ##./kernel/sched.c 調度初始化，并初始化bottom_half

time_init(); ##./arch/i386/kernel/time.c

init_modules(); ##模塊初始化

mem_init(memory_start,memory_end);

buffer_init(); ## ./fs/buffer.c 緩沖區

sock_init(); ## ./net/socket.csocket初始化，并初始化各協(xié)議(TCP等）

ipc_init();

sysctl_init();

然后通過(guò)調用kernelthread()產(chǎn)生init進(jìn)程，全權交由init進(jìn)程處理。調用cpu_idle(NULL)休息。

感興趣又有時(shí)間的同志可以寫(xiě)一個(gè)startkernel()函數的詳細分析報告。

下面看一看init進(jìn)程的工作：

首先創(chuàng )建進(jìn)程

bdflush ##./fs/buffer.c 緩沖區管理

和kswapd ##./mm/vmscan.c虛擬內存管理

這兩個(gè)進(jìn)程非常重要

系統初始化（系統調用setup）

系統初始化包含設備初始化及各文件系統初始化。

sys_setup （./fs/filesystems.c）

|

|-device_setup

| |

| -- chr_dev_init(); ##字符設備

| blk_dev_init(); ##塊設備

| scsi_dev_init(); ##SCSI

| net_dev_init(); ##網(wǎng)絡(luò )設備

| console_map_init(); ##控制臺

|-binfmt_setup();

|-init_nls() ##各文件系統初始化

|-init_ext_fs()

|-init_ext2_fs()

. .

. .

. .

|-init_autofs_fs()

--mount_root() ##mount root fs

##從這兒看看設備及文件的初始化順序，加入我們的設備時(shí)就有了大局觀(guān)。

執行/etc/rc ( rc.sysinit, rc.local,rc.# ) 和

執行/bin/sh

______________________________________________________

END