作 者： Xiao Man 前幾天大家對Linux的啟動有些討論。 於是整理了一下前段時間與他人交流的提綱，希望起到拋磚引玉的作用。 [email protected] 這是一次對Linux介紹後的整理。 對象是一些剛對Linux核心感興趣，並且准備進一步研究和改造的同志。 因為是由提綱整理而成，有些亂，見諒！ 四部分內容： 一、Linux核心源碼結構介紹 二、編譯和配置的過程 三、系統啟動順序的相關文件 四、核心改造的一些經驗 一、 當我們安裝好一個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，看後你至少應該知道，你對具有GPL版權的源代碼改動而形成的程序，或使用GPL工具產生的程序，具有使用GPL發表的義務。其中之一就是公開源代碼。 CREDITS 光榮榜，你應當感謝的一些人的信息，其中的每一個人都對Linux做出過很大貢獻。 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編譯過程序，可以看明白README，Linus 所寫，核心及其編譯配置方法簡單介紹Rules.make： make時使用的一些共同規則 arch/ architecture（體系結構）我關心的i386啟動過程在其中，包括Linux在多種平台下的實現。如果要移植系統到一個新的CPU環境中，這就是你要關心的目錄 drivers/ 驅動程序目錄，包含大量設備驅動的實現，按類別分子目錄 fs/ 文件系統，實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兩個文件。Initialize ipc/ ipc的實現，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、緩沖的實現。 Modules/ 模塊文件目錄，用於存放編譯時產生的模塊目標文件（參考編譯過程） net/ 網絡實現，包括TCP/IP在內的大量網絡協議的實現。 Scripts/ 描述文件，腳本，用於對核心的配置。 二、 構造內核 常用命令包括： make config, dep, clean, mrproper, zImage, bzImage, modules, modules_install (1) make config 核心配置，調用./scripts/Configure 按照arch/i386/config.in 來進行配置。 命令執行完後產生文件.config，其中保存著配置信息。下一次再做make config將產生新的.config文件，原.config被改名為.config.old (2)make dep 尋找依存關系，產生兩個文件.depend和.hdepend。其中.hdepend表示每個.h文件都包含其它哪些嵌入文件。而.depend 文件有多個，在每個會產生目標文件(.o)文件的目錄下均有，它表示每個目標文件都依賴哪些嵌入文件(.h)。 (3)make clean 清出以前構核所產生的所有目標文件、模塊文件、核心以及一些臨時文件等，不產生任何文件。 (4)make rmproper 刪除所有因構核過程中產生的所有文件，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。下次構核時就必須重新配置了。 (5)make, make zImage, make bzImage make: 構核。通過各目錄的Makefile文件進行。會在各個目錄下產生一大堆目標文件，若核心代碼沒有錯誤，將產生文件vmlinux，這就是所構的核心。並產生映射文件System.map通過各目錄的Makefile文件進行。.version 文件中的數加1，表示版本號（又產生一個新的版本了），讓你明白，你已經對核心改動過多少次了。 Make zImage： 在make的基礎上產生壓縮的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/zImage以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產生一些臨時文件。 Make bzImage: 在make 的基礎上產生壓縮比例更大的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/bzImage以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目錄下產生一些臨時文件。在核心太大時進行。 (6)make modules 編譯模塊文件，你在make config時所配置的所有模塊將在這時編譯，形成模塊目標文件，並把這些目標文件存放在modules目錄中。使用如下命令看一看。 Ls modules (7)make modules_install 把上面編譯好的模塊目標文件目錄/lib/modules/$KERNEL_VERSION/ 中。比如我的版本是2.0.36，做完這個操作後可使用下面的命令看看： ls /lib/modules/2.0.36/ 相關的命令還有很多，有興趣可看相關資料和Makefile文件。 另外注意，這兒我們產生了一些隱含文件 .config .oldconfig .depend .hdepend .version 它們的意義應該很清楚了。 三、 系統的啟動順序及相關文件 仍在核心源碼目錄下，看以下幾個文件 ./arch/$ARCH/boot/bootsect.s ./arch/$ARCH/boot/setup.s ./init/main.c bootsect.S 及 setup.S 這個程序是linux kernel的第一個程序，包括了linux自己的bootstrap程序，但是在說明這個程序前，必須先說明一般IBM PC開機時的動作(此處的開機是指"打開PC的電源"): 一般PC在電源一開時，是由內存中地址FFFF:0000開始執行(這個地址一定在ROM BIOS中，ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中)，而此處的內容則是一個jump指令，jump到另一個位於ROM BIOS中的位置，開始執行一系列的動作，包括了檢查RAM，keyboard，顯示器，軟硬磁盤等等，這些動作是由系統測試代碼(system test code)來執行的，隨著制作BIOS廠商的不同而會有些許差異，但都是大同小異，讀者可自行觀察自家機器開機時，螢幕上所顯示的檢查訊息。 緊接著系統測試碼之後，控制權會轉移給ROM中的啟動程序(ROM bootstrap routine)，這個程序會將磁盤上的第零軌第零扇區讀入內存中(這就是一般所謂的boot sector，如果你曾接觸過電腦病， 毒，就大概聽過它的大名)，至於被讀到內存的哪裡呢? --絕對位置07C0:0000(即07C00h處)，這是IBM系列PC的特性。而位在linux開機磁盤的boot sector上的正是linux的bootsect程序，也就是說，bootsect是第一個被讀入內存中並執行的程序。現在，我們可以開始來看看到底bootsect做了什麼。 第一步 首先，bootsect將它"自己"從被ROM BIOS載入的絕對地址0x7C00處搬到0x90000處，然後利用一個jmpi(jump indirectly)的指令，跳到新位置的jmpi的下一行去執行， 第二步 接著，將其他segment registers包括DS，ES，SS都指向0x9000這個位置，與CS看齊。另外將SP及DX指向一任意位移地址( offset )，這個地址等一下會用來存放磁盤參數表(disk para- meter table ) 第三步 接著利用BIOS中斷服務int 13h的第0號功能，重置磁盤控制器，使得剛才的設定發揮功能。 第四步 完成重置磁盤控制器之後，bootsect就從磁盤上讀入緊鄰著bootsect的setup程序，也就是setup.S，此讀入動作是利用BIOS中斷服務int 13h的第2號功能。Setup的image將會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bootsect 所在的位置。待setup的image讀入內存後，利用BIOS中斷服務int 13h的第8號功能讀取目前磁盤的參數。 第五步 再來，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，將會先呼叫BIOS中斷服務int 10h 的第3號功能，讀取游標位置，之後再呼叫BIOS 中斷服務int 10h的第13h號功能，在螢幕上輸出字串"Loading"，這個字串在boot linux時都會首先被看到，相信大家應該覺得很眼熟吧。 第六步 接下來做的事是檢查root device，之後就仿照一開始的方法，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的開機部份做個粗淺的比較，MS DOS 由位於磁盤上boot sector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台灣同胞寫的文檔，setup.s的內容希望有人補充。 Start_kernel() 當核心被載入後，首先進入的函數就是start_kernel。 ./init/main.c 中函數start_kernel包含核心的啟動過程及順序。 通過它來看核心整個初始化過程。 首先進行一系列初始化，包括： trap_init(); ##./arch/i386/kernel/traps.c 陷入 init_IRQ(); ##./arch/i386/kernel/irq.c setup IRQ sched_init(); ##./kernel/sched.c 調度初始化，並初始化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.c socket初始化，並初始化各協議(TCP等） ipc_init(); sysctl_init(); 然後通過調用kernelthread()產生init進程，全權交由init進程處理。調用cpu_idle(NULL)休息。 感興趣又有時間的同志可以寫一個startkernel()函數的詳細分析報告。 下面看一看init進程的工作： 首先創建進程 bdflush ##./fs/buffer.c 緩沖區管理 和kswapd ##./mm/vmscan.c 虛擬內存管理 這兩個進程非常重要 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(); ##網絡設備 console_map_init(); ##控制台 -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