Linux初时化过程

bjgs2004

      今天用了一个小时的时间把0.11核的初始化程序main.c浏览完了，对Linux的初始化过程有了一个整体上的了解，当然main里面调用了多个初始化子程序，我都暂且没深入进去看，我打算以后看到某个专题的时候再看吧。和以前一样，老规矩，先说一下初始化程序的大概过程，在深入文件具体说一下。
      一、概述
      main.c主程序工作在任务0中， main先物理内存进行划分和分配，然后对各个设备进行初始化，最后创建进程1（init进程），并从进程1的init()运行，进程1的init()会继续进行系统的初始化并再创建一个非交互式shell进程：进程2，在进程2主要是执行rc配置文件，进程2结束后会返回到进程1中，进程1再创建一个shell登陆进程，在这里用户就可以使用Linux的shell命令环境了。
     二、main.c结构
     1）保存根设备号和划分内存：设置高速缓存末地址、物理内存大小、内存主区 开始地址。
     2）硬件初始化：陷阱门、块设备、字符设备、tty、开机时间、调度程序、硬盘等
     3）切换到用户模式，创建进程1，在进程1中从init()开始执行，而进程0处在空闲状态。
     进程1的init()中：
     4）系统调用setup：安装根文件系统设备
     5）打开设备tty0：它对应终端控制台，以读写方式打开作为输入，并再复制两个句柄作为普通输出和错误输出。
     6）创建子shell进程（进程2）：创建进程2，在进程2中，关闭输入设备句柄（0），并重新将输入句柄定向到rc，使系统能加载rc文件，最后加载rc文件执行，完成配置工作。而进程1则等待进程2的结束。
     7）建立shell登陆进程：创建新进程，在新进程中，首先关闭三个句柄（0，1，2）；然后创建一个会话期，接着重新打开tty0作为输入设备，复制两个句柄作为stdout和stderr；最后加载shell登陆程序。而在进程1中，等待创建进程的结束并开始新一轮的创建新进程的循环。

     以上就是Linux系统初始化的大体过程，在这里需要说明几个问题：
     1）系统调用改作内联函数
      程序中的三个系统调用fork()、pause()和setup()是采用的内联函数的形式而不是进行系统调用。这样做的原因是这样的，因为在创建进程1之前任务0就已经切换到用户模式下了，这个使用的栈是用户栈。进程1创建后，它用的代码和数据是核进程0共享的，也就是说进程1用的栈和进程0用的栈是一个栈，如果在进程1中发生入栈操作，根据内存管理提供的写时复制规则就会引起页面写保护异常，系统就会在物理内存中申请新的页面并将进程0栈中相应的页面复制到进程1新分配的物理页中，这样问题就来了，如果在复制之前进程0用了用户栈，那么复制时，也会把进程0栈的内容复制到进程1的栈中，这样进程1中就会有进程0的多余信息。这样不好。而内联函数就可以解决这个问题，内联函数的调用不会引起用户栈进出栈操作，即使里面的中断指令int会使用栈，但它操作的是核心态栈，核心态栈是独立的，存在于task_struct所在页面，这样就会保证在进程1执行前进程0的用户栈是空的了。
     2）会话期
     上面提到了创建会话期。下面说一下会话期。一个进程调用多个fork（）创建多个子进程，这些进程会构成一个进程组，每个组内的进程除了用自己的进程号之外还有它所在组的进程组号（也就是组长的进程号），而会话期则是一个或者多个进程组的集合。用户登陆后所执行的所有程序都属于一个会话期，而登陆shell就是会话期的首进程，也就是控制终端，当他＝用户退出登录的时候，系统会结束这会话期的所用进程，这也是会话期的主要用途之一。
     3）用户登录。
     上面的main.c中的init()函数中，直接创建进程运行shell登陆程序，而在实际应用中不是这样的。在实际应用中，在这个地方会执行系统初始化程序init.c，在这个程序根据rc配置信息，为每个允许登陆的终端设备创建一个子进程，并在子进程中运行getty程序，这个程序会在终端上显示登陆信息（用户名密码），用户输入用户信息后，getty被替换成login程序，login程序在验证了用户信息的正确性后，调用shell程序，进入交互式界面。
     4）CMOS信息
     内核需要直接从CMOS中读取时间、内存等信息，读取原理是这样的：系统的信息储存在CMOS的不同偏移处，系统先向CMOS的70地址端口写入偏移地址，在从71数据端口利用int读出数据。



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