Linux的启动和核心介绍

发 布 时 间 : 2008-11-19 来 源 : 来自网络 作 者 : 匿名 浏 览 :

前几天大家对Linux的启动有些讨论。
  于是整理了一下前段时间与他人交流的提纲,希望起到抛砖引玉的作用。
  Xiaoman04@hotmail.com
  这是一次对Linux介绍后的整理。
  对象是一些刚对Linux核心感兴趣,并且准备进一步研究和改造的同志。
  因为是由提纲整理而成,有些乱,见谅!
   
  四部分内容:
  一、Linux核心源码结构介绍
  二、编译和配置的过程
  三、系统启动顺序的相关文件
  四、核心改造的一些经验
  一、
  当我们安装好一个Linux系统,通常核心源码存放在/usr/src/linux/目录。
  下面先看看这目录下的各个子目录及文件。
  [/]#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/
  下面我们逐一描述:
  COPYING
  GPL版权申明,看后你至少应该知道,你对具有GPL版权的源代码改动而形成的程序,或使用GPL工具产生的程序,具有使用GPL发表的义务。其中之一就是公开源代码。 bitsCN#com中国网管联盟
  CREDITS
  光荣榜,你应当感谢的一些人的信息,其中的每一个人都对Linux做出过很大贡献。
  Documentation/
  文档目录,可有选择地看一下你感兴趣的部分
  MAINTAINERS
  维护人员列表,对当前版本的内核各部分都有谁负责,如果你研究的够深入,可以与他们讨论
  Makefile
  如果你在UNIX编译过程序,可以看明白README,Linus 所写,核心及其编译配置方法简单介绍Rules.make: make时使用的一些共同规则
  arch/
  architecture(体系结构)我关心的i386启动过程在其中,包括Linux在多种平台下的实现。如果要移植系统到一个新的CPU环境中,这就是你要关心的目录
  drivers/
  驱动程序目录,包含大量设备驱动的实现,按类别分子目录
  fs/
  文件系统,实现了当前流行的几乎所有文件系统。Cool
  include/
  嵌入文件目录
  init/
  初始化文件,包含main.c和version.c两个文件。Initialize
  ipc/
  ipc的实现,与SYS V兼容
  kernel/
  最核心代码,调度,中断,信号等的处理
  lib/
  一些工具。
  Mm/
  内存管理,Memory Manager,虚拟页、缓冲的实现。 中国_网管联盟bitsCN.com
  Modules/
  模块文件目录,用于存放编译时产生的模块目标文件(参考编译过程)
  net/
  网络实现,包括TCP/IP在内的大量网络协议的实现。
  Scripts/
  描述文件,脚本,用于对核心的配置。
   
  二、
  构造内核
  常用命令包括:
  make config, dep, clean, mrproper, zImage, bzImage, modules, modules_install
  
  (1) make config
  核心配置,调用./scripts/Configure 按照arch/i386/config.in 来进行配置。
  命令执行完后产生文件.config,其中保存着配置信息。下一次再做make config将产生新的.config文件,原.config被改名为.config.old
  (2)make dep
  寻找依存关系,产生两个文件.depend和.hdepend。其中.hdepend表示每个.h文件都包含其它哪些嵌入文件。而.depend 文件有多个,在每个会产生目标文件(.o)文件的目录下均有,它表示每个目标文件都依赖哪些嵌入文件(.h)。
   
  (3)make clean
  清出以前构核所产生的所有目标文件、模块文件、核心以及一些临时文件等,不产生任何文件。
  
  (4)make rmproper
  删除所有因构核过程中产生的所有文件,及除了做make clean外,还要删除.config,.depend等文件,把核心源码恢复到最原始的状态。下次构核时就必须重新配置了。

   
  (5)make, make zImage, make bzImage
  make:
  构核。通过各目录的Makefile文件进行。会在各个目录下产生一大堆目标文件,若核心代码没有错误,将产生文件vmlinux,这就是所构的核心。并产生映射文件System.map通过各目录的Makefile文件进行。.version 文件中的数加1,表示版本号(又产生一个新的版本了),让你明白,你已经对核心改动过多少次了。
  Make zImage:
  在make的基础上产生压缩的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/zImage以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目录下产生一些临时文件。
  Make bzImage:
  在make 的基础上产生压缩比例更大的核心映象文件./arch/$(ARCH)/boot/bzImage以及在./arch/$(ARCH)/boot/compresed/目录下产生一些临时文件。在核心太大时进行。
  (6)make modules
  编译模块文件,你在make config时所配置的所有模块将在这时编译,形成模块目标文件,并把这些目标文件存放在modules目录中。使用如下命令看一看。
  Ls modules
  (7)make modules_install
  把上面编译好的模块目标文件目录/lib/modules/$KERNEL_VERSION/ 中。比如我的版本是2.0.36,做完这个操作后可使用下面的命令看看:

  ls /lib/modules/2.0.36/
   
  相关的命令还有很多,有兴趣可看相关资料和Makefile文件。
  另外注意,这儿我们产生了一些隐含文件
  .config
  .oldconfig
  .depend
  .hdepend
  .version
  它们的意义应该很清楚了。
  三、
  系统的启动顺序及相关文件
  仍在核心源码目录下,看以下几个文件
  ./arch/$ARCH/boot/bootsect.s
  ./arch/$ARCH/boot/setup.s
  ./init/main.c
   
  bootsect.S 及 setup.S
   这个程序是linux kernel的第一个程序,包括了linux自己的bootstrap程序,但是在说明这个程序前,必须先说明一般IBM PC开机时的动作(此处的开机是指"打开PC的电源"):
    一般PC在电源一开时,是由内存中地址FFFF:0000开始执行(这个地址一定在ROM BIOS中,ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中),而此处的内容则是一个jump指令,jump到另一个位於ROM BIOS中的位置,开始执行一系列的动作,包括了检查RAM,keyboard,显示器,软硬磁盘等等,这些动作是由系统测试代码(system test code)来执行的,随着制作BIOS厂商的不同而会有些许差异,但都是大同小异,读者可自行观察自家机器开机时,萤幕上所显示的检查讯息。

    紧接着系统测试码之后,控制权会转移给ROM中的启动程序(ROM bootstrap routine),这个程序会将磁盘上的第零轨第零扇区读入内存中(这就是一般所谓的boot sector,如果你曾接触过电脑病,
  毒,就大概听过它的大名),至於被读到内存的哪里呢? --绝对位置07C0:0000(即07C00h处),这是IBM系列PC的特性。而位在linux开机磁盘的boot sector上的正是linux的bootsect程序,也就是说,bootsect是第一个被读入内存中并执行的程序。现在,我们可以开始来看看到底bootsect做了什么。
  第一步
   首先,bootsect将它"自己"从被ROM BIOS载入的绝对地址0x7C00处搬到0x90000处,然后利用一个jmpi(jump indirectly)的指令,跳到新位置的jmpi的下一行去执行,
  第二步
   接着,将其他segment registers包括DS,ES,SS都指向0x9000这个位置,与CS看齐。另外将SP及DX指向一任意位移地址( offset ),这个地址等一下会用来存放磁盘参数表(disk para- meter table )
  第三步
   接着利用BIOS中断服务int 13h的第0号功能,重置磁盘控制器,使得刚才的设定发挥功能。
   
  第四步
   完成重置磁盘控制器之后,bootsect就从磁盘上读入紧邻着bootsect的setup程序,也就是setup.S,此读入动作是利用BIOS中断服务int 13h的第2号功能。Setup的image将会读入至程序所指定的内存绝对地址0x90200处,也就是在内存中紧邻着bootsect 所在的位置。待setup的image读入内存后,利用BIOS中断服务int 13h的第8号功能读取目前磁盘的参数。

  第五步
   再来,就要读入真正linux的kernel了,也就是你可以在linux的根目录下看到的"vmlinuz" 。在读入前,将会先呼叫BIOS中断服务int 10h 的第3号功能,读取游标位置,之后再呼叫BIOS 中断服务int 10h的第13h号功能,在萤幕上输出字串"Loading",这个字串在boot linux时都会首先被看到,相信大家应该觉得很眼熟吧。
  第六步
   接下来做的事是检查root device,之后就仿照一开始的方法,利用indirect jump 跳至刚刚已读入的setup部份比较
   把大家所熟知的MS DOS 与linux的开机部份做个粗浅的比较,MS DOS 由位於磁盘上boot sector的boot程序负责把IO.SYS载入内存中,而IO.SYS则负有把DOS的kernel --MSDOS.SYS载入内存的重责大任。而linux则是由位於boot sector 的
  bootsect程序负责把setup及linux的kernel载入内存中,再将控制权交给setup。
  ##这几步内容主要参照一个台湾同胞写的文档,setup.s的内容希望有人补充。
   
  Start_kernel()
  当核心被载入后,首先进入的函数就是start_kernel。
  ./init/main.c 中函数start_kernel包含核心的启动过程及顺序。
  通过它来看核心整个初始化过程。
  首先进行一系列初始化,包括: [bitsCN.Com]
  trap_init(); ##./arch/i386/kernel/traps.c 陷入
  init_IRQ(); ##./arch/i386/kernel/irq.c setup IRQ
  sched_init(); ##./kernel/sched.c 调度初始化,并初始化bottom_half
  time_init(); ##./arch/i386/kernel/time.c
  init_modules(); ##

 



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