下面以RedHat Fedora Core5(Linux 2.6.15-1.2054_FC5)为基础说说Linux的启动流程。

打开计算机电源后，第一个执行的程序是ROM BIOS，该程序根据设置选择一个引导设备，比如软盘、硬盘、光盘或者USB盘等，然后读入引导设备上的一小段程序(称为BootLoader，常见的有lilo，grub等)。

BootLoader会读入相关的引导选单并执行。一般的引导选单上会指定从哪个设备的哪个分区读入操作系统内核，给操作系统传入哪些命令行参数(cmdline)、初始的RAMDISK(initrd)等等。BootLoader将系统核心以及initrd读入内存并传递好cmdline/initrd后就结束了自己的使命，控制权转移到Linux kernel。

我采用的BootLoader是grub，被安装在第一个SCSI盘的第一个分区上，其上的grub.conf内容如下(#后的注释是我加的，下同):

default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
title Fedora Core (2.6.15-1.2054_FC5)
        root (hd0,0) # 指定操作系统内核(Kernel)文件所在的磁盘和分区
        kernel /vmlinuz-2.6.15-1.2054_FC5 ro root=LABEL=/ # 指定操作系统的文件名称以及cmdline
        initrd /initrd-2.6.15-1.2054_FC5.img # 指定initrd
title MiniLinux-USB (2.6.15-1.2054_FC5)
        root (hd1,0)
        kernel /boot/vmlinuz-2.6.15-1.2054_FC5 ro root=/dev/ram0
        initrd /boot/initrd-minilinux-usb.img

操作系统内核(Kernel)会执行各种必要的初始化如内存页表、进程表等等数据结构，初始化被编译到Kernel的内核模块以及设备驱动等等，很多初始化都需要分析cmdline以便在多个策略中选择。

接下来的启动流程分为两个分支：

1) 如果BootLoader指定了initrd，则解压initrd指定的初始RAM DISK映像到/dev/ram0并挂装/dev/ram0作为根文件系统，然后执行/init。
/init的目的一般是装载最终的根文件系统所必须的文件系统内核模块，建立一些设备特别文件并挂装最终的根文件系统（如果不是/dev/ram0）。

我安装的RedHat FC5的initrd-2.6.15-1.2054_FC5.img文件是个gzip压缩过的cpio文件，在启动完成后位于/boot目录下（因为启动分区被安装在/boot目录下, 参见下篇“linux的应用启动流程”一文）。我们可以执行下述命令提取其内容

mkdir -p xxx
cd xxx
gunzip -c /boot/initrd-2.6.15-1.2054_FC5.img | cpio -idv

我们可以看到下面有很多目录和文件：
bin/ dev/ etc/ init* lib/  proc/ sbin@ sys/ sysroot/

./bin:
insmod* modprobe@ nash*

./dev:
console null ram@ ram1 systty tty0 tty10 tty12 tty3 tty5 tty7 tty9  ttyS1 ttyS3
mapper/ ptmx ram0 rtc  tty    tty1 tty11 tty2  tty4 tty6 tty8 ttyS0 ttyS2 zero

./dev/mapper:

./etc:

./lib:
BusLogic.ko  ext3.ko  jbd.ko  scsi_mod.ko  sd_mod.ko

./proc:

./sys:

./sysroot:

其中/init内容如下：

#!/bin/nash #由/bin/nash解释执行

mount -t proc /proc /proc #挂装proc文件系统
setquiet #安静模式
echo Mounting proc filesystem
echo Mounting sysfs filesystem
mount -t sysfs /sys /sys #挂装sysfs文件系统
echo Creating /dev
mount -o mode=0755 -t tmpfs /dev /dev
mkdir /dev/pts
mount -t devpts -o gid=5,mode=620 /dev/pts /dev/pts
mkdir /dev/shm
mkdir /dev/mapper
echo Creating initial device nodes
mknod /dev/null c 1 3
mknod /dev/zero c 1 5
mknod /dev/systty c 4 0
mknod /dev/tty c 5 0
mknod /dev/console c 5 1
mknod /dev/ptmx c 5 2
mknod /dev/rtc c 10 135
mknod /dev/tty0 c 4 0
mknod /dev/tty1 c 4 1
mknod /dev/tty2 c 4 2
mknod /dev/tty3 c 4 3
mknod /dev/tty4 c 4 4
mknod /dev/tty5 c 4 5
mknod /dev/tty6 c 4 6
mknod /dev/tty7 c 4 7
mknod /dev/tty8 c 4 8
mknod /dev/tty9 c 4 9
mknod /dev/tty10 c 4 10
mknod /dev/tty11 c 4 11
mknod /dev/tty12 c 4 12
mknod /dev/ttyS0 c 4 64
mknod /dev/ttyS1 c 4 65
mknod /dev/ttyS2 c 4 66
mknod /dev/ttyS3 c 4 67 #以上创建必要的设备特别文件
echo Setting up hotplug.
hotplug # 设置可以热插拔的设备插拔时的处理程序
echo Creating block device nodes.
mkblkdevs # 利用sysfs文件系统自动创建当前发现的块设备的特别文件，关于sysfs将是另一篇文章的内容了
echo "Loading jbd.ko module"
insmod /lib/jbd.ko
echo "Loading ext3.ko module"
insmod /lib/ext3.ko
echo "Loading scsi_mod.ko module"
insmod /lib/scsi_mod.ko
echo "Loading sd_mod.ko module"
insmod /lib/sd_mod.ko
echo "Loading BusLogic.ko module"
insmod /lib/BusLogic.ko # 前面几个insmod装载接下来挂装最终的根文件系统所必需的驱动程序模块
mkblkdevs # 创建刚刚这些驱动程序发现并注册到sysfs文件系统中的块设备的特别文件
echo Creating root device.
mkrootdev -t ext3 -o defaults,ro /dev/root # 分析kernel cmdline寻找根文件设备并创建一个特别文件指向该设备(如果是以“LABEL=”开始则自动寻找分区表上对应该LABEL的分区)并加入到/etc/fstab中
echo Mounting root filesystem.
mount /sysroot #将最终的根文件系统临时挂装到/sysroot下
echo Setting up other filesystems.
setuproot # 设置proc,sys等文件系统到/sysroot下
echo Switching to new root and running init.
switchroot # 将/sysroot切换为最终的根文件系统，并执行其上的/init，见后

2) 如果BootLoader没有指定initrd，直接挂装cmdline上指定的root设备作为根文件系统，接下来按照下面的顺序寻找init程序并建立第一个进程:

run_init_process("/sbin/init"); // 找到就建立第一个进程(pid=0)，不会返回了，下面三行同此
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");
panic("No init found.  Try passing init= option to kernel."); // 寻找不到，打印错误信息，系统挂起

不管是哪个分支，到此为止，核心启动流程结束，后面由最终的根文件系统上的init控制转入应用启动流程，这个待下篇文章再说吧。

 

前段时间自己裁剪了一个Linux玩玩，顺便写点东西吧。

下面以RedHat Fedora Core4(Linux 2.6)为基础说说Linux的启动流程。

打开计算机电源后，第一个执行的程序是ROM BIOS，该程序根据设置选择一个引导设备，比如软盘、硬盘、光盘或者USB盘等，然后读入引导设备上的一小段程序(称为BootLoader，常见的有lilo，grub等)。

BootLoader会读入相关的引导选单并执行。一般的引导选单上会指定从那个设备的那个分区上读入操作系统，给操作系统传入哪些命令行参数(cmdline)、初始的RAMDISK(initrd)等等。BootLoader将系统核心以及initrd内存读入并传递好cmdline/initrd后就结束了自己的使命，控制权转移到Linux kernel。

我采用的BootLoader是grub，被安装在第一个SCSI盘的第一个分区上，其上的grub.conf内容如下(#后的注释是我加的，下同):

default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
title Fedora Core (2.6.11-1.1369_FC4)
        root (hd0,0) # 指定操作系统所在的磁盘和分区
        kernel /vmlinuz-2.6.11-1.1369_FC4 ro root=LABEL=/ # 指定操作系统的文件名称以及cmdline
        initrd /initrd-2.6.11-1.1369_FC4.img # 指定initrd
title MiniLinux-USB (2.6.11-1.1369_FC4)
        root (hd1,0)
        kernel /boot/vmlinuz-2.6.11-1.1369_FC4 ro root=/dev/ram0
        initrd /boot/initrd-minilinux-usb.img

Kernel会执行各种必要的初始化如内存页表，内核的数据结构，被编译到kernel的内核模块以及设备驱动等等，很多初始化都需要分析cmdline以便在多个策略中选择。

下面的启动流程分为两个分支：

1) 如果BootLoader指定了initrd，则解压initrd指定的初始RAM DISK映像到/dev/ram0并挂装/dev/ram0作为根文件系统，然后执行/init。
/init的目的一般是装载根文件系统所必须的文件系统内核模块，建立一些设备特别文件并挂装最终的根文件系统（如果不是/dev/ram0）。

我安装的RedHat FC4的initrd-2.6.11-1.1369_FC4.img文件是个gzip压缩过的cpio文件，在启动完成后位于/boot目录下（因为启动分区被以下篇“linux的应用启动流程”一文描述的方式安装在/boot目录下了）。我们可以执行下述命令提取其内容

mkdir -p xxx
cd xxx
gunzip -c /boot/initrd-2.6.11-1.1369_FC4.img | cpio -idv

我们可以看到下面有很多目录和文件：

bin/ dev/ etc/ init* lib/ loopfs/ proc/ sbin@ sys/ sysroot/

./bin:
hotplug@ insmod* modprobe@ nash* udev* udevstart*

./dev:
console null ram systty tty1 tty2 tty3 tty4

./etc:
udev/

./etc/udev:
udev.conf

./lib:
BusLogic.ko* ext3.ko* jbd.ko* scsi_mod.ko* sd_mod.ko*

./loopfs:
./proc:
./sys:
./sysroot:

其中/init内容如下：

#!/bin/nash
mount -t proc /proc /proc
setquiet
echo Mounted /proc filesystem
echo Mounting sysfs
mount -t sysfs /sys /sys
echo Creating /dev
mount -o mode=0755 -t tmpfs /dev /dev
mknod /dev/console c 5 1
mknod /dev/null c 1 3
mknod /dev/zero c 1 5
mkdir /dev/pts
mkdir /dev/shm
echo Starting udev
/sbin/udevstart # 利用sysfs文件系统自动创建存在的设备的特别文件，关于sysfs将是另一篇文章的内容了
echo -n "/sbin/hotplug" > /proc/sys/kernel/hotplug # 通知内核当有热插拔设备插上或拔下时的要调用的用户层处理程序
echo "Loading scsi_mod.ko module"
insmod /lib/scsi_mod.ko
echo "Loading sd_mod.ko module"
insmod /lib/sd_mod.ko
echo "Loading BusLogic.ko module"
insmod /lib/BusLogic.ko
echo "Loading jbd.ko module"
insmod /lib/jbd.ko
echo "Loading ext3.ko module"
insmod /lib/ext3.ko # 前面几个insmod装载接下来装载最终根文件系统需要的驱动程序
/sbin/udevstart # 自动创建由刚刚这些设备驱动程序注册到sysfs里面的设备的特别文件
echo Creating root device
mkrootdev /dev/root # 分析kernel cmdline寻找根文件设备并创建一个特别文件指向该设备(如果是LABEL=开始自动寻找分区表上该LABEL的分区)
echo Mounting root filesystem
mount -o defaults --ro -t ext3 /dev/root /sysroot
echo Switching to new root
switchroot --movedev /sysroot # 将/sysroot作为最终的根文件系统，并执行其上的/init，见后

2) 如果BootLoader没有指定initrd，直接挂装cmdline上指定的root设备作为根文件系统，接下来按照下面的顺序寻找init程序并建立第一个进程:

run_init_process("/sbin/init"); // 找到就建立第一个进程(pid=0)，不会返回了，下面三行同此
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");
panic("No init found.  Try passing init= option to kernel."); // 寻找不到，打印错误信息，系统挂起

不管是哪个分支，到此为止，核心启动流程结束，后面由最终的根文件系统上的init控制转入应用启动流程，这个待下篇文章再说吧。

1.用户层应用程序调用select()

2.核心层调用sys_select() ------> do_select()

最终调用文件描述符fd对应的struct file类型变量的struct file_operations *f_op的poll函数。
poll指向的函数返回当前可否读写的信息。
 1)如果当前可读写，返回读写信息。
 2)如果当前不可读写，则阻塞进程，并等待驱动程序唤醒，重新调用poll函数，或超时返回。

核心层的相关函数(select.c)：
do_select( ... )
{
 poll_table *wait;
 ...
 for (;;)
 {
  set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
  for (i = 0 ; i < n; i++)
  {
   unsigned long mask;
   struct file *file;
   ...
   file = fget(i);
   mask = POLLNVAL;
   mask = file->f_op->poll(file, wait);
   if ((mask & POLLIN_SET) && ISSET(bit, __IN(fds,off)))
    retval++;
   if ((mask & POLLOUT_SET) && ISSET(bit, __OUT(fds,off))) {
    retval++;
  }
 
  if (retval || !__timeout || signal_pending(current))
   break;
  __timeout = schedule_timeout(__timeout); // 此处阻塞，等待驱动wake_up_interruptible
 }
 current->state = TASK_RUNNING;
}

3.驱动需要实现poll函数。
当驱动发现有数据可以读写时，通知核心层，核心层重新调用poll指向的函数查询信息。

例如：
static unsigned int test_poll(struct file *file, poll_table * wait)
{
 poll_wait(file, &queue, wait); // 此处将当前进程加入到等待队列中，但并不阻塞
 return POLLIN |POLLRDNORM |...;
}

static void test_...(...)
{
 wake_up_interruptible(&queue->proc_list);
}

static void test_init(...)
{
 init_waitqueue_head(&queue->proc_list);
}