Linux源码阅读： Linux内核启动的基本流程
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从硬件上电到BIOS
从BIOS到Bootloader
BootLoader加载流程
main
Reference
进程管理
从硬件上电到BIOS
我们首先需要说的是实模式，实模式让所有软件访问到的地址都是最真实的物理地址。同时，软件可以不受限制的操作IO和内存。与之相对的是保护模式：进程访问到的全部都是虚拟地址，使用页表等维护到物理地址的映射，从而对内存和IO设备进行保护，显然这更加的安全。同时保证了扩展性和灵活性（在不同的进程下，他们使用的同一个虚拟地址可以访问到不同的物理地址）。
现在，摁下电源键，主板开始reset我们的硬件状态，将CPU进行初始化。对于使用Intel的芯片，他们会首先开启实模式：此时此刻使用内存段管理0 - 0xFFFFF。CPU自身被初始化为0XFFFF0（CS:IP = 0xFFFF: 0x0000）
从BIOS到Bootloader
BIOS的启动和运行程序放在了CPU上电后初始化的位置。上面，我提到了CPU自身被初始化为0XFFFF0（CS:IP = 0xFFFF: 0x0000）。说明我们的BIOS程序放在了这里。现在，程序开始进行硬件自检（查看硬件有没有问题）。随后将会选择一个启动设备，即扫描存在启动代码的扇区，交给其中的Bootloader来初始化中断向量和中断服务程序。现在在将boot.img放到一个0x7c00（暂时放到这里）
BootLoader加载流程
boot.img就是boot.S编译的结果，安装在启动盘的第一个扇区，即MBR。由于空间大小有限，故只是起到了一个引导的作用。现在，我们加载好内核后启动main函数：即初始化控制台，计算模块的基地址，设置root设备，读取grub引导文件以及加载模块。之后就会开始创建0号进程等开始运行了。
main
main函数将会进行一系列初始化，之后才会开启新的中断。从而使得内核模式进行真正的运行：
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为0号进程建立内核态的堆栈
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清空eflags今存其
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调用setup_idt填充idt
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把bios获取到的参数传递给第一个页框进行保存
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使用GDT和IDT表填充寄存器
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建立终端，让用户可以开始交互
在Linux的核心启动函数是：start_kernel
init/main.c
asmlinkage __visible __init __no_sanitize_address __noreturn __no_stack_protector
void start_kernel(void) // 内核启动入口函数
{char *command_line; // 存储命令行参数的指针char *after_dashes; // 存储处理后的命令行参数指针
set_task_stack_end_magic(&init_task); // 设置初始任务的栈结束魔数，检测栈溢出smp_setup_processor_id(); // 设置对称多处理系统的 CPU IDdebug_objects_early_init(); // 进行早期调试对象的初始化init_vmlinux_build_id(); // 初始化内核版本信息和编译时间
cgroup_init_early(); // 早期初始化控制组（cgroup）local_irq_disable(); // 禁用本地中断early_boot_irqs_disabled = true; // 标记早期引导中断已禁用
boot_cpu_init(); // 初始化引导 CPUpage_address_init(); // 初始化页地址pr_notice("%s", linux_banner); // 输出内核版本信息early_security_init(); // 初始化安全相关配置setup_arch(&command_line); // 进行架构相关设置setup_boot_config(); // 设置引导配置setup_command_line(command_line); // 解析命令行参数setup_nr_cpu_ids(); // 设置 CPU ID 数量setup_per_cpu_areas(); // 初始化每个 CPU 的内存区域smp_prepare_boot_cpu(); // 准备引导 CPU 的架构特定设置early_numa_node_init(); // 进行早期 NUMA 节点初始化boot_cpu_hotplug_init(); // 初始化引导 CPU 热插拔支持
pr_notice("Kernel command line: %s\n", saved_command_line); // 打印内核命令行参数jump_label_init(); // 初始化跳跃标签parse_early_param(); // 解析早期参数
// 如果还记得如何调试Linux内核的话after_dashes = parse_args("Booting kernel", // 解析引导时的命令行参数static_command_line, __start___param,__stop___param - __start___param,-1, -1, NULL, &unknown_bootoption);print_unknown_bootoptions(); // 打印未识别的引导选项
if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes)) // 如果解析成功parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1,NULL, set_init_arg); // 设置初始化参数
if (extra_init_args) // 如果有额外的初始化参数parse_args("Setting extra init args", extra_init_args,NULL, 0, -1, -1, NULL, set_init_arg); // 设置额外初始化参数
random_init_early(command_line); // 进行早期随机数生成器初始化
setup_log_buf(0); // 设置日志缓冲区vfs_caches_init_early(); // 初始化虚拟文件系统缓存sort_main_extable(); // 排序主异常表trap_init(); // 初始化异常处理mm_core_init(); // 初始化内存管理核心poking_init(); // 初始化 poking 机制ftrace_init(); // 初始化跟踪功能
early_trace_init(); // 进行早期跟踪初始化
sched_init(); // 初始化调度器
if (WARN(!irqs_disabled(), // 检查中断是否意外启用"Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))local_irq_disable(); // 如果启用，则禁用本地中断
radix_tree_init(); // 初始化基数树maple_tree_init(); // 初始化maple tree// 这是Linux新引入的数据结构
housekeeping_init(); // 初始化系统管理相关内容
workqueue_init_early(); // 初始化工作队列rcu_init(); // 初始化 RCU
trace_init(); // 初始化跟踪事件
if (initcall_debug) // 如果启用初始化调用调试initcall_debug_enable(); // 启用调试
context_tracking_init(); // 初始化上下文跟踪early_irq_init(); // 早期初始化中断init_IRQ(); // 初始化中断处理tick_init(); // 初始化定时器rcu_init_nohz(); // 初始化无时钟 RCUinit_timers(); // 初始化定时器系统srcu_init(); // 初始化 SRCUhrtimers_init(); // 初始化高分辨率定时器softirq_init(); // 初始化软中断timekeeping_init(); // 初始化时间keeping系统time_init(); // 完成时间初始化
random_init(); // 进行随机数生成器初始化
kfence_init(); // 初始化内存保护机制boot_init_stack_canary(); // 初始化栈金丝雀
perf_event_init(); // 初始化性能事件监控profile_init(); // 初始化性能分析配置
call_function_init(); // 初始化函数调用机制WARN(!irqs_disabled(), // 检查中断状态"Interrupts were enabled early\n");
early_boot_irqs_disabled = false; // 允许后续启用中断local_irq_enable(); // 启用本地中断
kmem_cache_init_late(); // 延迟初始化内存缓存
console_init(); // 初始化控制台以输出信息if (panic_later) // 如果有紧急情况panic("Too many boot %s vars at `%s'", panic_later,panic_param); // 触发内核恐慌
lockdep_init(); // 初始化锁依赖检查
locking_selftest(); // 自检锁机制
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRDif (initrd_start && !initrd_below_start_ok && // 检查 initrdpage_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {pr_crit("initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - disabling it.\n",page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),min_low_pfn);initrd_start = 0; // 如果被覆盖则禁用 initrd}
#endif
setup_per_cpu_pageset(); // 设置每个 CPU 的页面集合numa_policy_init(); // 初始化 NUMA 策略acpi_early_init(); // 早期初始化 ACPIif (late_time_init) // 如果有延迟时间初始化late_time_init(); // 执行延迟时间初始化sched_clock_init(); // 初始化调度时钟calibrate_delay(); // 校准延迟
arch_cpu_finalize_init(); // 完成架构相关的 CPU 初始化
pid_idr_init(); // 初始化 PID IDRanon_vma_init(); // 初始化匿名虚拟内存
#ifdef CONFIG_X86if (efi_enabled(EFI_RUNTIME_SERVICES)) // 检查 EFI 运行时服务是否启用efi_enter_virtual_mode(); // 进入 EFI 虚拟模式
#endif
thread_stack_cache_init(); // 初始化线程栈缓存cred_init(); // 初始化凭证管理fork_init(); // 初始化进程分叉机制proc_caches_init(); // 初始化进程缓存uts_ns_init(); // 初始化 UTS 命名空间key_init(); // 初始化密钥管理security_init(); // 初始化安全管理dbg_late_init(); // 延迟初始化调试相关内容net_ns_init(); // 初始化网络命名空间vfs_caches_init(); // 初始化虚拟文件系统缓存pagecache_init(); // 初始化页面缓存signals_init(); // 初始化信号管理seq_file_init(); // 初始化序列文件支持proc_root_init(); // 初始化进程根目录nsfs_init(); // 初始化命名空间文件系统pidfs_init(); // 初始化 PID 文件系统cpuset_init(); // 初始化 CPU 集cgroup_init(); // 初始化控制组taskstats_init_early(); // 早期初始化任务统计delayacct_init(); // 初始化延迟账户
acpi_subsystem_init(); // 初始化 ACPI 子系统arch_post_acpi_subsys_init(); // 执行架构特定的 ACPI 后初始化kcsan_init(); // 初始化 KCSAN（内存竞争检测）
rest_init(); // 执行后续初始化，开始内核主循环
}
当然还有标记有没有关闭本地中断的检查：
/** Debug helper: via this flag we know that we are in 'early bootup code'* where only the boot processor is running with IRQ disabled. This means* two things - IRQ must not be enabled before the flag is cleared and some* operations which are not allowed with IRQ disabled are allowed while the* flag is set.*/ bool early_boot_irqs_disabled __read_mostly;
更加详细的注释我放在Reference了
Reference
asmlinkage __visible __init __no_sanitize_address __noreturn __no_stack_protector void start_kernel(void)
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asmlinkage：指示此函数的参数通过栈传递，通常用于系统调用。 -
__visible：表示该函数对外可见。 -
__init：表示函数只在初始化期间使用，之后会被释放以节省内存。 -
__no_sanitize_address：告诉编译器不要对该函数进行地址消毒检查。 -
__noreturn：指示该函数不会返回，通常是因为它会调用exec()或进入无限循环。 -
__no_stack_protector：表示不启用栈保护机制。
c复制代码char *command_line; char *after_dashes;
定义了两个指针：command_line 用于存储内核启动时的命令行参数，after_dashes 用于存储在命令行参数中处理后的部分。
set_task_stack_end_magic(&init_task);
设置初始任务的栈结束魔数，帮助检测栈溢出。魔数是一种特殊值，用于标识栈的边界。
smp_setup_processor_id();
针对对称多处理（SMP）系统设置 CPU ID，为每个 CPU 分配唯一的标识符。
debug_objects_early_init();
进行早期的调试对象初始化，确保调试工具可以使用，用于后续的内存和对象管理。
init_vmlinux_build_id();
初始化内核的版本信息（如编译时间和版本号），便于在调试时识别使用的内核版本。
cgroup_init_early();
早期初始化控制组（cgroup），用于管理和限制资源使用，如 CPU 和内存。
local_irq_disable(); early_boot_irqs_disabled = true;
禁用本地中断，防止在初始化期间发生中断，标记早期引导中断已禁用。
接下来是进行各个子系统的初始化，包括：
boot_cpu_init();
初始化引导 CPU，包括设置其状态和特性。
page_address_init();
初始化页地址，设置虚拟地址到物理地址的映射。
pr_notice("%s", linux_banner);
输出内核版本信息，通常由 linux_banner 定义。
early_security_init();
进行安全相关的初始化，确保引导过程中的安全性。
setup_arch(&command_line);
进行与架构相关的设置，处理 command_line。
setup_boot_config(); setup_command_line(command_line);
设置引导配置和命令行参数。
setup_nr_cpu_ids(); setup_per_cpu_areas();
初始化 CPU ID 数量和每个 CPU 的区域，准备多处理器支持。
smp_prepare_boot_cpu();
为引导 CPU 准备架构特定的设置。
early_numa_node_init();
进行早期 NUMA（非统一内存访问）节点初始化。
boot_cpu_hotplug_init();
初始化引导 CPU 热插拔功能，允许动态管理 CPU。
接下来，打印内核命令行参数并进行早期参数解析：
pr_notice("Kernel command line: %s\n", saved_command_line);
jump_label_init();
parse_early_param();
显示当前的内核命令行，初始化跳跃标签（用于动态调试），解析早期参数。
after_dashes = parse_args("Booting kernel",static_command_line, __start___param,__stop___param - __start___param,-1, -1, NULL, &unknown_bootoption);
解析命令行参数并处理，查找未知选项。
print_unknown_bootoptions();
打印未识别的引导选项，以便开发者调试。
if (!IS_ERR_OR_NULL(after_dashes))parse_args("Setting init args", after_dashes, NULL, 0, -1, -1,NULL, set_init_arg);
如果解析成功，则设置初始化参数。
接下来的代码块继续进行早期的随机数生成、日志缓冲区初始化、虚拟文件系统缓存初始化等，确保内核启动时各个子系统处于良好状态。
sched_init();
初始化调度器，准备管理任务的执行。
local_irq_disable();
再次禁用本地中断，确保在初始化期间不会发生中断。
rcu_init();
初始化 RCU（读-复制-更新）机制，确保高效的并发访问。
tick_init();
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初始化系统定时器（tick），这为内核提供了时间管理的基础，允许内核跟踪时间流逝并管理任务的调度。
timekeeping_init();
-
进行时间keeping系统的初始化。这包括设置系统时钟、处理闰年和闰秒等，以确保系统时间的准确性。
time_init();
-
完成时间相关的初始化，设置系统的基准时间，确保其他模块可以使用正确的时间信息。
perf_event_init();
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初始化性能事件监控。这个机制允许内核和用户空间程序监控硬件性能计数器，以进行性能分析和调优。
profiie_init();
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初始化性能分析相关的配置和数据结构。这为后续的性能分析提供支持。
进程管理
fork_init();
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初始化进程分叉相关的设置，准备处理新的进程创建。这个函数为系统的多任务处理打下基础。
proc_caches_init();
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初始化与进程相关的缓存，以提高进程管理的效率。这涉及到为进程信息、文件描述符等分配缓存，以减少内存访问延迟。
cred_init();
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初始化进程的凭证（credentials）管理系统。凭证用于管理进程的身份和权限，确保安全性。
signals_init();
-
初始化信号处理系统，使内核能够有效地处理进程间通信和信号通知。
其他参考
Linux初始化 - 知乎 (zhihu.com)
[Introducing maple trees LWN.net]