linux kernel(二)原始碼淺析
阿新 • • 發佈：2018-11-08
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title: kernel(二)原始碼淺析
tags: linux
date: 2018-11-08 18:02:34
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kernel(二)原始碼淺析
建立工程
移除所有Arch,新增Arch/arm 下除了 Mach_xxx 開頭的，Mach_xxx 表示機器型號,新增2410，2440，剔除 Plat_xxx,加入plat-s3c24xx
Arch/arm/ boot common configs kernel lib mach-s3c2410 mach-s3c2440 plat-s3c24xx mm nwfpe oprofile tools vfp移除include目錄，先排除所有Asm相關,只加入asm-arm頂層檔案以及2440相關的如下
include/ 排除所有 asm-xxx include/asm-arm/下新增 所有頂層以及以下目錄 arch-s3c2410 hardware mach plat-s3c24xx
啟動簡析
uboot啟動通過theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);
gd->bd->bi_arch_number = MACH_TYPE_S3C2440;linux會這麼做:
- 處理uboot傳入的引數
- 掛接根檔案系統
- 最終目的：執行應用程式（在根檔案系統上）
核心跳轉之前，Uboot設定核心的啟動引數.核心的引數是按照tag組織的.也就是在某個地址（0x30000100，在100ask24x0.c中定義），按照某種格式儲存，這種格式具體為【size....tagid....tag值】
head.s
我們發現在arch\arm\boot\compressed也存在一個head.S的檔案，有些核心編譯出來比較大，他會以壓縮的形式存在也就是包含了自解壓的程式碼，這個檔案就是講壓縮的檔案解壓，在這裡不做分析。我們的入口為arch\arm\kernel\head.S
入口點
連結指令碼有寫,也就是說_stext段為最早的入口點,搜尋下head.S中的入口點.text.head
.text.head : { #先放所有檔案的 .text.head 段
_stext = .;
_sinittext = .;
*(.text.head)
}查詢處理器
檢視是否支援__lookup_processor_type
.section ".text.head", "ax"
.type stext, %function
ENTRY(stext)
msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
@ and irqs disabled
mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id
bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid
movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)?
beq __error_p @ yes, error 'p'
bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo
movs r8, r5 @ invalid machine (r5=0)?
beq __error_a @ yes, error 'a'
bl __create_page_tables
核心能夠支援哪些處理器，是在編譯核心時定義下來的。核心啟動時去讀暫存器：獲取 ID。看核心是否可以支援這個處理器。若能支援則繼續執行，不支援則跳到_error_p中去,這是個死迴圈
mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id
bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid
movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)?
beq __error_p @ yes, error 'p'
查詢機器ID
如果不支援這個機器ID則跳轉到__error_a,這也是死迴圈
bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo
movs r8, r5 @ invalid machine (r5=0)?
beq __error_a @ yes, error 'a'機器ID是存在R1的,因為theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params)
3: .long .
.long __arch_info_begin
.long __arch_info_end
@ __arch_info_begin 和 __arch_info_end 是在連結指令碼中定義的
@ __arch_info_begin = .;
@ *(.arch.info.init)
@ __arch_info_end = .;
/*
* Lookup machine architecture in the linker-build list of architectures.
* Note that we can't use the absolute addresses for the __arch_info
* lists since we aren't running with the MMU on (and therefore, we are
* not in the correct address space). We have to calculate the offset.
*
* r1 = machine architecture number
* Returns:
* r3, r4, r6 corrupted
* r5 = mach_info pointer in physical address space
*/
.type __lookup_machine_type, %function
__lookup_machine_type:
adr r3, 3b @ r3= address of 3b,這個時候mmu還沒有啟動,是實體地址
ldmia r3, {r4, r5, r6} @ r4=.,r5=__arch_info_begin,r6=__arch_info_end
@ 這個.代表了3這個標號的虛擬地址
sub r3, r3, r4 @ get offset between virt&phys 虛擬地址與實體地址的偏差
@將r5,r6轉換為實際的實體地址
add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to
add r6, r6, r3 @ physical address space
1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type
teq r3, r1 @ matches loader number?
beq 2f @ found
add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC @ next machine_desc
cmp r5, r6
blo 1b
mov r5, #0 @ unknown machine
2: mov pc, lr
首先是將虛擬地址轉換為實體地址,因為這個時候UBOOT 啟動核心時,MMU 還沒啟動,r3 這是實際存在的地址
3: .long .
.long __arch_info_begin
.long __arch_info_end
adr r3, 3b 接下來的r4, r5, r6都是虛擬地址了. .代表虛擬地址。是標號為3的指令的虛擬地址.可以通過r3與.(虛擬地址)來計算偏差.
sub r3, r3, r4 @ r3=r3-r4,也就r3=實體地址-虛擬地址的偏差
實際實體地址=虛擬地址+r3即可
add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to
add r6, r6, r3 @ physical address space檢視下__arch_info_begin和__arch_info_end具體是什麼,這個是在連結指令碼定義如下的,也就是代表了一個段
__arch_info_begin = .;
*(.arch.info.init)
__arch_info_end = .;.arch.info.init在arch.h 中有定義 ,定義某個結構體(machine_desc)的段屬性
#define MACHINE_START(_type,_name) \
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type \
__used \
__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
.nr = MACH_TYPE_##_type, \
.name = _name,
#define MACHINE_END \
};有如下應用
MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")
/* Maintainer: Ben Dooks <[email protected]> */
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = smdk2440_map_io,
.init_machine = smdk2440_machine_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END展開看看
static const struct machine_desc __mach_desc_S3C2440
__used
__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
.nr = MACH_TYPE_S3C2440,
.name = SMDK2440,
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = smdk2440_map_io,
.init_machine = smdk2440_machine_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
};檢視下machine_desc 這個結構體內容,可以發現支援多少單板，就有多少這個巨集的使用
struct machine_desc {
/*
* Note! The first four elements are used
* by assembler code in head-armv.S
*/
unsigned int nr; /* architecture number */
unsigned int phys_io; /* start of physical io */
unsigned int io_pg_offst; /* byte offset for io
* page tabe entry */
const char *name; /* architecture name */
unsigned long boot_params; /* tagged list */
unsigned int video_start; /* start of video RAM */
unsigned int video_end; /* end of video RAM */
unsigned int reserve_lp0 :1; /* never has lp0 */
unsigned int reserve_lp1 :1; /* never has lp1 */
unsigned int reserve_lp2 :1; /* never has lp2 */
unsigned int soft_reboot :1; /* soft reboot */
void (*fixup)(struct machine_desc *,
struct tag *, char **,
struct meminfo *);
void (*map_io)(void);/* IO mapping function */
void (*init_irq)(void);
struct sys_timer *timer; /* system tick timer */
void (*init_machine)(void);
};接下去就是從這個結構體讀取第一個引數nr也就是ID來逐個比較了.這個在核心中定義與uboot定義是一致的
#define MACH_TYPE_S3C2440 362啟動MMU
bl __create_page_tables @建立頁表
ldr r13, __switch_data @ address to jump to after,這是使能mmu後的跳轉地址
@ mmu has been enabled
adr lr, __enable_mmu @ return (PIC) address 使能mmu
add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC
@__enable_mmu 中會呼叫 __turn_mmu_on,最後 mov pc, r13
b __turn_mmu_on
.align 5
.type __turn_mmu_on, %function
__turn_mmu_on:
mov r0, r0
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ write control reg
mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0 @ read id reg
mov r3, r3
mov r3, r3
mov pc, r13 @這個是關鍵,pc最後=r13=__switch_data其他操作
複製資料段,清bss段等操作
start_kernel
啟動mmu後會跳轉到__switch_data,如何跳到 __switch_data，在__enable_mmu 中會呼叫 __turn_mmu_on這個函式最後 mov pc, r13,在呼叫__enable_mmu 前是先賦值的ldr r13, __switch_data
ldr r13, __switch_data @ address to jump to after
....
b start_kernel注意 這是核心的第一個 C 函式,接下來要處理UBOOT 傳輸的第三個啟動引數bd->bi_boot_params.這個檔案在init/main.c,在以下函式處理引數
setup_arch(&command_line);
setup_command_line(command_line);一覽流程如下
start_kernel
setup_arch //解析uboot傳入的引數，只是先存起來字串
setup_command_line //只是先存起來字串
parse_args
do_early_param
從__setup_start 中呼叫early函式
unknown_bootoption
obsolete_checksetup
從__setup_start 中呼叫非early函式 段屬性
rest_init
kernel_init
prepare_namespace
mount_root //根檔案系統，
init_post // 執行應用程式setup_arch(解析tag)
這裡是先查詢mdesc這個結構體,這個結構體在上面分析機器ID的時候已經發現他儲存了一系列引數.boot_params就是uboot存放參數的地址.然後在parse_tags(tags)處理具體的tag
if (mdesc->boot_params)
tags = phys_to_virt(mdesc->boot_params);
//在上面定義機器id結構體的時候，.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,=0x30000100
#define S3C2410_CS6 (0x30000000)
#define S3C2410_SDRAM_PA (S3C2410_CS6)
//我們在uboot的時候儲存引數的地址也是這個
board_init -----gd->bd->bi_boot_params = 0x30000100;
然後開始處理tags
static const struct machine_desc __mach_desc_S3C2440
__used
__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
.nr = MACH_TYPE_S3C2440,
.name = SMDK2440,
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = smdk2440_map_io,
.init_machine = smdk2440_machine_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
};
setup_command_line
所謂命令列,就是uboot設定的bootargs,linux通過getenv("bootargx")獲取引數,如果沒有設定這個引數,內部有一個預設引數. 這裡只是將命令行復制到指定的陣列，並沒有處理
char *from = default_command_line; //這是預設的命令列引數
static char default_command_line[COMMAND_LINE_SIZE] __initdata = CONFIG_CMDLINE;
#define CONFIG_CMDLINE "root=/dev/hda1 ro init=/bin/bash console=ttySAC0"
memcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);
boot_command_line[COMMAND_LINE_SIZE-1] = '\0';
parse_cmdline(cmdline_p, from); //
// cmdline_p 是 傳遞的引數,用作拷貝
// from 是預設引數掛載根檔案系統
建立一個執行緒,可以理解為執行程式kernel_init
rest_init
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
kernel_init
>prepare_namespace
>mount_root 掛在根檔案系統
>init_post(); 執行應用程式處理命令列
uboot設定命令tag,多了引數commandline,源自環境變數bootargs檢視下環境變數bootargs，使用print檢視,也可搜尋下程式碼
"bootargs=" CONFIG_BOOTARGS "\0"
//include/configs/100ask24x0.h
#define CONFIG_BOOTARGS "noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"root=/dev/mtdblock3表示根檔案系統從第四個FLASH分割槽開始（從0開始計數）可以往上看分割槽空間init=/linuxrc指示第一個應用程式console=ttySAC0，核心列印資訊從串列埠0 列印
我們需要知道ROOT_DEV是什麼，可以看到在函式prepare_namespace中有saved_root_name儲存這個這個陣列.
if (saved_root_name[0]) {
root_device_name = saved_root_name;
if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) {
mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
goto out;
}
ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)
root_device_name += 5;
}搜尋下saved_root_name，root_dev_setup對齊賦值，再繼續查詢函式的引用，只有一個巨集使用了它
static int __init root_dev_setup(char *line)
{
strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name));
return 1;
}解析下這個巨集__setup("root=", root_dev_setup);
#define __setup(str, fn) \
__setup_param(str, fn, fn, 0)
#define __setup_param(str, unique_id, fn, early) \
static char __setup_str_##unique_id[] __initdata = str; \
static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id \
__attribute_used__ \
__attribute__((__section__(".init.setup"))) \
__attribute__((aligned((sizeof(long))))) \
= { __setup_str_##unique_id, fn, early }
static char __setup_str_root_dev_setup[] __initdata = "root=";
static struct obs_kernel_param __setup_root_dev_setup
__attribute_used__
__attribute__((__section__(".init.setup")))
__attribute__((aligned((sizeof(long)))))
=｛
__setup_str_root_dev_setup，root_dev_setup，root_dev_setup，0
｝
這個結構體的原型如下
struct obs_kernel_param
{
const char *str;
int (*setup_func)(char *);
int early;
};最終大概分析一下也就是定義了一個char陣列和一個有特殊段屬性.init.setup的結構體.注意這裡的early是0.這個段屬性肯定是在lds中定義,搜尋下這個段的起始和結束地址的呼叫情況.
__setup_start = .;
*(.init.setup)
__setup_end = .;
obsolete_checksetup
do_early_param
static int __init do_early_param(char *param, char *val)
{
struct obs_kernel_param *p;
for (p = __setup_start; p < __setup_end; p++) {
if (p->early && strcmp(param, p->str) == 0) {
if (p->setup_func(val) != 0)
printk(KERN_WARNING
"Malformed early option '%s'\n", param);
}
}
/* We accept everything at this stage. */
return 0;
}
static int __init obsolete_checksetup(char *line)
{
struct obs_kernel_param *p;
int had_early_param = 0;
p = __setup_start;
do {
int n = strlen(p->str);
if (!strncmp(line, p->str, n)) {
if (p->early) {
/* Already done in parse_early_param?
* (Needs exact match on param part).
* Keep iterating, as we can have early
* params and __setups of same names 8( */
if (line[n] == '\0' || line[n] == '=')
had_early_param = 1;
} else if (!p->setup_func) {
printk(KERN_WARNING "Parameter %s is obsolete,"
" ignored\n", p->str);
return 1;
} else if (p->setup_func(line + n))
return 1;
}
p++;
} while (p < __setup_end);
return had_early_param;
}可以看出obsolete_checksetup先判斷這個結構的early屬性，為0則執行setup_func方法，這符合我們的這個巨集__setup("root=", root_dev_setup);
結論:掛接根檔案系統的引數是由命令列給出的，核心函式去分析這個命令列，去賦值ROOT_DEV
分割槽
分割槽表是沒有的，是程式碼裡面寫死的，我們可以啟動核心的時候發現有以下輸出
Creating 4 MTD partitions on "NAND 256MiB 3,3V 8-bit":
0x00000000-0x00040000 : "bootloader"
0x00040000-0x00060000 : "params"
0x00060000-0x00260000 : "kernel"
0x00260000-0x10000000 : "root"
可以搜尋這個"bootloader"發現在arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c下面定義
static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = {
[0] = {
.name = "bootloader",
.size = 0x00040000,
.offset = 0,
},
[1] = {
.name = "params",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = 0x00020000,
},
[2] = {
.name = "kernel",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = 0x00200000,
},
[3] = {
.name = "root",
.offset = MTDPART_OFS_APPEND,
.size = MTDPART_SIZ_FULL,
}
};MTDPART_OFS_APPEND 這個 offset 意思是緊接著上面一個分割槽的意思