linux内核启动流程

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uefi启动流程

systemd-boot启动流程

linux内核启动流程

linux内核构建流程

Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer Manuals // intel官方文档

AMD64 Architecture Programmer’s Manual // amd官方文档，它和上面的intel官方文档，都是内核开发必看的文档

drivers/firmware/efi/libstub/x86-stub.c:efi_status_t __efiapi efi_pe_entry(efi_handle_t handle, efi_system_table_t *sys_table_arg) // linux内核作为uefi应用的入口函数

efi_stub_entry(handle, sys_table_arg, NULL);

drivers/firmware/efi/libstub/x86-stub.c:void __noreturn efi_stub_entry(efi_handle_t handle, efi_system_table_t *sys_table_arg, struct boot_params *boot_params) // inux内核作为uefi应用，有好几种启动方式，但这几种启动方式最终都会调用这个函数

const struct linux_efi_initrd *initrd = NULL;

unsigned long kernel_entry;

efi_system_table = sys_table_arg; // 把 sys_table_arg 保存到全局变量 efi_system_table，uefi 的所有功能，基本都是通过 system table 提供的

if (!IS_ENABLED(CONFIG_EFI_HANDOVER_PROTOCOL) || !boot_params)

efi_allocate_bootparams(handle, &boot_params);

drivers/firmware/efi/libstub/x86-stub.c:static efi_status_t efi_allocate_bootparams(efi_handle_t handle, struct boot_params **bp) // 分配一个boot_params结构体，该结构体用来存放内核启动所需的各种参数，它会沿着启动流程代码，一路传递下去

efi_guid_t proto = LOADED_IMAGE_PROTOCOL_GUID; // 一个uefi的协议id，用于获取内核作为uefi应用的加载信息

unsigned long alloc;

efi_bs_call(handle_protocol, handle, &proto, (void **)&image); // 获取内核作为uefi应用的加载信息，这些信息被保存到全局变量image

efi_allocate_pages(PARAM_SIZE, &alloc, ULONG_MAX); // 分配一个 struct boot_params 实例，把这块内存的起始地址赋值到 alloc

struct boot_params *boot_params = memset((void *)alloc, 0x0, PARAM_SIZE); // 把 boot_params 内存清零

struct setup_header *hdr = &boot_params->hdr;

hdr->type_of_loader = 0x21;

char *cmdline_ptr = efi_convert_cmdline(image); // 获取 systemd-boot 传递过来的内核参数，也就是 image->load_options 字段

efi_set_u64_split((unsigned long)cmdline_ptr, &hdr->cmd_line_ptr, &boot_params->ext_cmd_line_ptr); // 将这些内核参数赋值到boot_params结构体的对应字段上，供后续使用

*bp = boot_params;

return EFI_SUCCESS;

struct setup_header *hdr = &boot_params->hdr;

efi_setup_5level_paging(); // 设置5级页表

parse_options(CONFIG_CMDLINE); // 解析编译到内核里的命令行参数

unsigned long cmdline_paddr = ((u64)hdr->cmd_line_ptr | ((u64)boot_params->ext_cmd_line_ptr << 32));

parse_options((char *)cmdline_paddr); // 解析systemd-boot传递过来的内核参数

efi_decompress_kernel(&kernel_entry, boot_params); // 将真正的内核解压到内存，并获取其入口函数地址，bzImage是压缩过后的内核，vmlinux才是真正的内核

efi_load_initrd(image, hdr->initrd_addr_max, ULONG_MAX, &initrd); // 加载initrd

drivers/firmware/efi/libstub/efi-stub-helper.c:efi_status_t efi_load_initrd(efi_loaded_image_t *image, unsigned long soft_limit, unsigned long hard_limit, const struct linux_efi_initrd **out)

efi_guid_t tbl_guid = LINUX_EFI_INITRD_MEDIA_GUID;

struct linux_efi_initrd initrd, *tbl;

efi_status_t status = efi_load_initrd_dev_path(&initrd, hard_limit); // 通过uefi空间的一个固定设备路径加载initrd，因为systemd-boot就是通过这种方式传递initrd的，所以这一步应该是成功的

if (status == EFI_NOT_FOUND)

status = efi_load_initrd_cmdline(image, &initrd, soft_limit, hard_limit); // 通过命令行参数加载initrd，该命令行参数包括systemd-boot传递过来的，以及内置的，因为上一步已经加载到initrd了，这一步就不会执行了

if (status == EFI_UNSUPPORTED || status == EFI_NOT_READY)

return EFI_SUCCESS;

if (status != EFI_SUCCESS)

efi_bs_call(allocate_pool, EFI_LOADER_DATA, sizeof(initrd), (void **)&tbl); // 分配一个initrd实例，地址赋值到tbl

*tbl = initrd; // 把上面加载的initrd，赋值到tbl

efi_bs_call(install_configuration_table, &tbl_guid, tbl); // 将加载的initrd的内存地址存放到uefi的配置表里，这样以后也可以通过uefi的配置表，来获取initrd

return EFI_SUCCESS;

if (initrd && initrd->size > 0) // 如果加载到了initrd，则将它的内存起始地址及大小，赋值到boot_params结构体的对应字段上，供后续使用

efi_set_u64_split(initrd->base, &hdr->ramdisk_image, &boot_params->ext_ramdisk_image);

efi_set_u64_split(initrd->size, &hdr->ramdisk_size, &boot_params->ext_ramdisk_size);

exit_boot(boot_params, handle); // 获取当前所有内存的使用情况，赋值到boot_params里，然后调用EFI_BOOT_SERVICES.ExitBootServices()，终止uefi的boot services，此行为也表示linux内核正式从uefi手里接管整个系统

efi_5level_switch(); // 启用5级页表

enter_kernel(kernel_entry, boot_params); // 跳转到真正的内核代码，并把boot_params传入其中

arch/x86/kernel/head_64.S:startup_64 // 真正内核代码的入口函数

arch/x86/kernel/head64.c:__startup_64 // 初始化early_top_pgt页表，映射内核到对应的虚拟地址空间

切换到新的early_top_pgt页表

切换到内核虚拟地址来运行内核代码

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