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  • 心中的内核——在阅读内核代码之前先理解内核 专栏说明
  • 01 内核不是进程,而是系统
  • 02 为进程服务:内核的首要职责
  • 03 代码之前的概念图
  • 04 作为分层系统的内核:虚拟、映射、隔离、控制
  • 05 单体形式,协同行为:真正的内核模型
  • 06 内核对象揭示设计——函数仅执行设计
  • 07 无冲突的代码——内核如何在并发风暴中保持安全
  • 08 间接的力量——一个内核如何为所有进程服务
  • 09 内核的设备模型:硬件如何成为/dev
  • 10 内核如何看待内存:不是映射,而是责任
  • 11 内存不是一个地方,而是一个系统
  • 12 内核始终存在——你知道它在哪里吗?
  • 13 不只是代码执行:内核实际执行的内容
  • 14 boot结束之处:内核开始之处
  • 15 从vmlinuz到eBPF:Linux内核内部实际运行的内容
  • 16 无状态CPU,有状态内核:执行如何被协调
  • 17 内核构建的内容——逐层构建
  • 18 内核执行路径:在哪里运行,以及为何重要
  • 19 追踪执行的模板
  • 20 中断不是干扰,而是设计
  • 21 执行是逻辑的,位置是物理的
  • 22 不仅仅是一段代码:每个内核路径内部的过程
  • 23 内核如何自我通信——内部通信工具
  • 24 内核模块仅通过导出符号相互认知
  • 25 搭建组件之间的桥梁
  • 26 libc之外:用户空间与内核的真实通信方式
  • 27 CPU不移动数据——但没有CPU,什么都无法移动
  • 28 时间与精度:内核眼中的CPU执行
  • 29 内核在虚拟化中的角色:理解KVM
  • 30 两个世界,一个CPU:虚拟化中的root操作和非root操作
  • 31 内核与VirtIO:无需模拟的网络驱动程序
  • 32 一切仍由操作系统掌控
  • 33 对齐即理解
  • 34 如果内核不是由 Linus 创建和维护,会怎样?
  • 35 配置并非定制,而是内核的身份标识
  • 36 内存生命周期与塑造它的角色
  • 37 中断如何在不变中演变
  • 38 并发之外的同步机制
  • 39 这从不关乎炒作,始终关乎硬件
  • 40 从意图到I/O:内核如何看待文件、磁盘和设备
  • 41 心中的内核——效率至上而非历史遗留原因:为什么内核仍用C语言开发

14 boot结束之处:内核开始之处

# 14 boot结束之处:内核开始之处

在 Linux 中,系统从硬件级设置过渡到与架构无关的内核核心,存在一个精确的时刻,这个时刻由位于 /init/main.c 中的 start_kernel() 函数定义。

执行甚至更早从引导加载程序(bootloader)开始。加电后,系统固件初始化处理器和内存控制器,然后加载 GRUB 或 U - Boot 等引导加载程序。引导加载程序将内核镜像和可选的 initrd 放入内存,准备引导参数,并跳转到内核特定于架构的入口点。

这会触发特定于架构的设置阶段,该阶段由汇编语言和早期阶段的 C 代码编写。在 x86 上,这包括 head.S 和 head64.c 等文件。CPU 进入 64 位长模式执行,构建临时页表,清除 .bss 段,并设置初始栈。系统在单个核心上运行,中断禁用,没有调度器,也没有动态内存,其唯一目的是为 C 代码准备一个安全的环境。

最终,控制权到达 C 级入口点(如 x86_64_start_kernel()),然后调用 start_kernel()。这标志着特定于平台的设置结束,与架构无关的内核接管。

start_kernel() 的早期部分在所谓的“早期 C”中运行:这是一个最小且受约束的上下文,内核后来依赖的许多核心子系统尚未可用。没有内存分配器,没有抢占,没有并发。代码不能让步或阻塞,完全依赖静态分配的内存。

为解决这些循环依赖,内核使用分阶段初始化。轻量级的早期实现(如早期 RCU、早期 printk 和 memblock 分配器)替代完整系统,使相关功能在早期启动期间能安全运行。然后,随着 start_kernel() 的推进,完整的基础设施按严格顺序上线:分配器、调度器、定时器、中断、每个 CPU 区域、RCU 和工作队列。内核变得能够进行异步、并发执行。

一旦稳定,它会调用 initcalls(初始化调用):这是一系列结构化的函数,用于启动更高层的子系统,如块 I/O、文件系统、设备驱动程序和网络。

最后,内核调用 rest_init()。在这里,它创建第一个内核线程:kthreadd,以及启动用户空间的线程(通常是 /sbin/init 或备用 shell)。

此时,内核完全激活。它调度任务,处理 I/O 和中断,管理内存,并在 CPU 之间协调子系统。

start_kernel() 不仅仅是一个函数,它是 Linux 自举的方式。它通过分层、静态设计和精心排序解决依赖关系,在裸机和运行系统之间架起桥梁。在此之后,内核不再对机器做出反应,而是按自己的规则运行。

上次更新: 2025/06/17, 19:51:40
13 不只是代码执行:内核实际执行的内容
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