Linux内核启动过程和Bootloader(总述)

Linux内核启动过程和Bootloader(总述)
Linux内核启动过程和Bootloader(总述)

Linux内核启动过程和Bootloader(总述)

1.Linux内核启动过程概述

一个嵌入式 Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分:引导加载程序(Bootloader),Linux 内核,文件系统,应用程序。其中 Bootloader是系统启动或复位以后执行的第一段代码,它主要用来初始化处理器及外设,然后调用 Linux 内核。Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统做为根文件系统(Root Filesystem)。根文件系统是Linux 系统的核心组成部分,它可以做为Linux 系统中文件和数据的存储区域,通常它还包括系统配置文件和运行应用软件所需要的库。应用程序可以说是嵌入式系统的“灵魂”,它所实现的功能通常就是设计该嵌入式系统所要达到的目标。如果没有应用程序的支持,任何硬件上设计精良的嵌入式系统都没有实用意义。

2. Bootloader启动过程

Bootloader在运行过程中虽然具有初始化系统和执行用户输入的命令等作用,但它最根本的功能就是为了启动 Linux 内核。

2.1 Bootloader的概念和作用

Bootloader是嵌入式系统的引导加载程序,它是系统上电后运行的第一段程序,其作用类似于 PC 机上的 BIOS。在完成对系统的初始化任务之后,它会将非易失性存储器(通常是Flash或DOC等)中的Linux 内核拷贝到 RAM 中去,然后跳转到内核的第一条指令处继续执行,从而启动 Linux 内核。由此可见,Bootloader 和 Linux 内核有着密不可分的联系,要想清楚的了解 Linux内核的启动过程,我们必须先得认识 Bootloader的执行过程,这样才能对嵌入式系统的整个启动过程有清晰的掌握

2.2 Bootloader的执行过程

不同的处理器上电或复位后执行的第一条指令地址并不相同,对于 ARM 处理器来说,该地址为 0x00000000。对于一般的嵌入式系统,通常把 Flash 等非易失性存储器映射到这个地址处,而 Bootloader就位于该存储器的最前端,所以系统上电或复位后执行的第一段程序便是Bootloader。而因为存储 Bootloader的存储器不同,Bootloader的执行过程也并不相同,下面将具体分

嵌入式系统中广泛采用的非易失性存储器通常是 Flash,而 Flash 又分为 Nor Flash 和Nand Flash 两种。它们之间的不同在于:Nor Flash 支持芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样代码可以在Flash上直接执行而不必拷贝到RAM中去执行。而Nand Flash

并不支持XIP,所以要想执行 Nand Flash 上的代码,必须先将其拷贝到 RAM中去,然后跳到 RAM 中去执行

2.3 Bootloader的功能

(1)初始化 RAM

因为 Linux 内核一般都会在 RAM 中运行,所以在调用 Linux 内核之前 bootloader 必须设置和初始化 RAM,为调用 Linux内核做好准备。初始化 RAM 的任务包括设置CPU 的控制寄存器参数,以便能正常使用 RAM 以及检测RAM 大小等

(2)初始化串口

串口在 Linux 的启动过程中有着非常重要的作用,它是 Linux内核和用户交互的方式之一。Linux 在启动过程中可以将信息通过串口输出,这样便可清楚的了解 Linux 的启动过程。虽然它并不是 Bootloader 必须要完成的工作,但是通过串口输出信息是调试Bootloader 和Linux 内核的强有力的工具,所以一般的 Bootloader 都会在执行过程中初始化一个串口做为调试端口

(3)检测处理器类型

Bootloader在调用 Linux内核前必须检测系统的处理器类型,并将其保存到某个常量中提供给 Linux 内核。Linux 内核在启动过程中会根据该处理器类型调用相应的初始化程序

(4)设置 Linux启动参数

Bootloader在执行过程中必须设置和初始化 Linux 的内核启动参数。目前传递启动参数主要采用两种方式:即通过 struct param_struct 和struct tag(标记列表,tagged list)两种结构传递。struct param_struct 是一种比较老的参数传递方式,在 2.4 版本以前的内核中使用较多。从 2.4 版本以后 Linux 内核基本上采用标记列表的方式。但为了保持和以前版本的兼容性,它仍支持 struct param_struct 参数传递方式,只不过在内核启动过程中它将被转换成标记列表方式。标记列表方式是种比较新的参数传递方式,它必须以ATAG_CORE 开始,并以ATAG_NONE 结尾。中间可以根据需要加入其他列表。Linux内核在启动过程中会根据该启动参数进行相应的初始化工作

(5)调用 Linux内核映像

Bootloader完成的最后一项工作便是调用 Linux内核。如果 Linux 内核存放在 Flash 中,并且可直接在上面运行(这里的 Flash 指 Nor Flash),那么可直接跳转到内核中去执行。但由于在 Flash 中执行代码会有种种限制,而且速度也远不及 RAM 快,所以一般的嵌入式系统都是将 Linux内核拷贝到 RAM 中,然后跳转到 RAM 中去执行不论哪种情况,在跳到 Linux 内核执行之前 CPU的寄存器必须满足以下条件:r0=0,r1=处理器类型,r2=标记列表在 RAM中的地址

3.Linux启动过程

在Bootloader将 Linux 内核映像拷贝到 RAM 以后,可以通过下例代码启动 Linux 内核:

call_linux(0, machine_type, kernel_params_base)

其中,machine_tpye 是Bootloader检测出来的处理器类型, kernel_params_base 是启动参数在 RAM 的地址。通过这种方式将 Linux 启动需要的参数从 bootloader传递到内核 Linux 内核有两种映像:一种是非压缩内核,叫 Image,另一种是它的压缩版本,叫zImage。根据内核映像的不同,Linux 内核的启动在开始阶段也有所不同。zImage 是 Image 经过压缩形成的,所以它的大小比 Image 小。但为了能使用 zImage,必须在它的开头加上解压缩的代码,将 zImage 解压缩之后才能执行,因此它的执行速度比 Image 要慢。但考虑到嵌入式系统的存储空容量一般比较小,采用 zImage 可以占用较少的存储空间,因此牺牲一点性能上的代价也是值得的。所以一般的嵌入式系统均采用压缩内核的方式

对于ARM 系列处理器来说,zImage 的入口程序即为

arch/arm/boot/compressed/head.S。它依次完成以下工作:开启 MMU 和 Cache,调用decompress_kernel()解压内核,最后通过调用 call_kernel()进入非压缩内核 Image 的启动。下面将具体分析在此之后 Linux 内核的启动过程

3.1 Linux内核入口

Linux 非压缩内核的入口位于文件/arch/arm/kernel/head-armv.S 中的stext 段。该段的基地址就是压缩内核解压后的跳转地址。如果系统中加载的内核是非压缩的 Image,那么bootloader将内核从 Flash中拷贝到 RAM 后将直接跳到该地址处,从而启动 Linux 内核。不同体系结构的 Linux 系统的入口文件是不同的,而且因为该文件与具体体系结构有关,所以一般均用汇编语言编写。对基于 ARM 处理的 Linux 系统来说,该文件就是

head-armv.S。该程序通过查找处理器内核类型

和处理器类型调用相应的初始化函数,再建立页表,最后跳转到 start_kernel()函数开始内核的初始化工作。检测处理器内核类型是在汇编子函数__lookup_processor_type中完成的。通过以下代码可实现对它的调用:

bl __lookup_processor_type

__lookup_processor_type调用结束返回原程序时,会将返回结果保存到寄存器中。其中

r8 保存了页表的标志位,r9 保存了处理器的 ID 号,r10 保存了与处理器相关的 stru proc_info_list 结构地址。

检测处理器类型是在汇编子函数 __lookup_architecture_type 中完成的。与

__lookup_processor_type类似,它通过代码:“bl __lookup_processor_type”来实现对它的调用。该函数返回时,会将返回结构保存在 r5、r6 和 r7 三个寄存器中。其中 r5 保存了 RAM 的起始基地址,r6 保存了 I/O基地址,r7 保存了 I/O的页表偏移地址。当检测处理器内核和处理器类型结束后,将调用__create_page_tables 子函数来建立页表,它所要做的工作就是将 RAM 基地址开始的 4M 空间的物理地址映射到 0xC0000000 开始的虚拟地址处。对笔者的 S3C2410 开发板而言,RAM 连接到物理地址 0x30000000 处,当调用

__create_page_tables 结束后 0x30000000 ~ 0x30400000 物理地址将映射到

0xC0000000~0xC0400000 虚拟地址处。当所有的初始化结束之后,使用如下代码来跳到 C 程序的入口函数 start_kernel()处,开始之后的内核初始化工作:b

SYMBOL_NAME(start_kernel)

3.2 start_kernel函数

start_kernel是所有 Linux 平台进入系统内核初始化后的入口函数,它主要完成剩余的与硬件平台相关的初始化工作,在进行一系列与内核相关的初始化后,调用第一个用户进程-init 进程并等待用户进程的执行,这样整个 Linux 内核便启动完毕。该函数所做的具体工作有:调用 setup_arch()函数进行与体系结构相关的第一个初始化工作;对不同的体系结构来说该函数有不同的定义。对于 ARM 平台而言,该函数定义在

arch/arm/kernel/Setup.c。它首先通过检测出来的处理器类型进行处理器内核的初始化,然后通过 bootmem_init()函数根据系统定义的 meminfo 结构进行内存结构的初始化,最后调用paging_init()开启 MMU,创建内核页表,映射所有的物理内存和 IO空间。创建异常向量表和初始化中断处理函数;初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制;初始化串口控制台(serial-console);ARM-Linux 在初始化过程中一般都会初始化一个串口做为内核的控制台,这样内核在启动过程中就可以通过串口输出信息以便开发者或用户了解系统的

启动进程。创建和初始化系统 cache,为各种内存调用机制提供缓存,包括;动态内存分配,虚拟文件系统(VirtualFile System)及页缓存。初始化内存管理,检测内存大小及被内核占用的内存情况;初始化系统的进程间通信机制(IPC);当以上所有的初始化工作结束后,start_kernel()函数会调用 rest_init()函数来进行最后的初始化,包括创建系统的第一个进程-init 进程来结束内核的启动。init 进程首先进行一系列的硬件初始化,然后通过命令行传递过来的参数挂载根文件系统。最后 init 进程会执行用户传递过来的“init=”启动参数执行用户指定的命令,或者执行以下几个进程之一:

execve("/sbin/init",argv_init,envp_init)

execve("/etc/init",argv_init,envp_init)

execve("/bin/init",argv_init,envp_init)

execve("/bin/sh",argv_init,envp_init)

当所有的初始化工作结束后,cpu_idle()函数会被调用来使系统处于闲置(idle)状态并等待用户程序的执行。至此,整个 Linux 内核启动完毕。

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BootLoader引导程序

BootLoader引导程序 一、实验目的 1.学会配置linux下的minicom和windows下的超级终端 2.了解bootloader的基本概念和框架结构 3.了解bootloader引导操作系统的过程 4.掌握bootloader程序的编译方法 5.掌握bootloader程序的使用方法 二、实验内容 1. 学习x-loader 作用和编译过程 2.学习uboot作用和编译过程 3.学习bootloader的操作 三、实验设备 PentiumII以上的PC机, LINUX操作系统 四、BOOTLOADER程序说明 完整的系统由x-loader、u-boot、kernel(内核)、rootfs(根文件系统)组成,x-loader 是一级引导程序,其作用是初始化CPU,拷贝u-boot到内存,然后把控制权交给u-boot。当OMAP3530上电时,memory controller(内存控制器)还未初始化,这个任务便由完成的x-loader。初始化外部RAM控制器,把u-boot读到外部RAM,之后把控制入口交给。u-boot 是二级引导程序,其作用主要是引导内核,提供映像更新,同用户进行交互。系统结构图如 下: 1. BootLoader的作用 在嵌入式系统中,BootLoader的作用与PC机上的BIOS类似,其主要作用:(1)初始化硬件设备;(2)建立内存空间的映射图;(3)完成内核的加载,为内核设置启动参数。通过BootLoader可以完成对系统板上的主要部件如CPU、SDRAM、Flash、串行口等进行初始化,也可以下载文件到系统板上,对Flash进行擦除与编程。当运行操作系统时,它会在操作系统内核运行之前运行,通过它,可以分配内存空间的映射,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统准备好正确的环境。 通常,BootLoader 是依赖于硬件而实现的,特别是在嵌入式系统中。因此,在嵌入式系统里建立一个通用的 BootLoader 几乎是不可能的,不同的处理器架构都有不同的

linux内核启动 Android系统启动过程详解

linux内核启动+Android系统启动过程详解 第一部分:汇编部分 Linux启动之 linux-rk3288-tchip/kernel/arch/arm/boot/compressed/ head.S分析这段代码是linux boot后执行的第一个程序,完成的主要工作是解压内核,然后跳转到相关执行地址。这部分代码在做驱动开发时不需要改动,但分析其执行流程对是理解android的第一步 开头有一段宏定义这是gnu arm汇编的宏定义。关于GUN 的汇编和其他编译器,在指令语法上有很大差别,具体可查询相关GUN汇编语法了解 另外此段代码必须不能包括重定位部分。因为这时一开始必须要立即运行的。所谓重定位,比如当编译时某个文件用到外部符号是用动态链接库的方式,那么该文件生成的目标文件将包含重定位信息,在加载时需要重定位该符号,否则执行时将因找不到地址而出错 #ifdef DEBUG//开始是调试用,主要是一些打印输出函数,不用关心 #if defined(CONFIG_DEBUG_ICEDCC)

……具体代码略 #endif 宏定义结束之后定义了一个段, .section ".start", #alloc, #execinstr 这个段的段名是 .start,#alloc表示Section contains allocated data, #execinstr表示Section contains executable instructions. 生成最终映像时,这段代码会放在最开头 .align start: .type start,#function /*.type指定start这个符号是函数类型*/ .rept 8 mov r0, r0 //将此命令重复8次,相当于nop,这里是为中断向量保存空间 .endr b 1f .word 0x016f2818 @ Magic numbers to help the loader

linux启动过程

Linux系统启动过程分析 by 王斌斌 binbinwang118@https://www.360docs.net/doc/c15460509.html, Linux系统启动过程分析 操作系统的启动过程,实际上是控制权移交的过程。Linux 系统启动包含四个主要的阶段:BIOS initialization, boot loader, kernel initialization, and init startup.见下图: 阶段一、BIOS initialization,主要功能如下: 1.Peripherals detected 2.Boot device selected 3.First sector of boot device read and executed 系统上电开机后,主板BIOS(Basic Input / Output System)运行POST(Power on self test)代码,检测系统外围关键设备(如:CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等)。硬件配置信息及一些用户配置参数存储在主板的CMOS( Complementary Metal Oxide Semiconductor)上(一般64字节),实际上就是主板上一块可读写的RAM芯片,由主板上的电池供电,系统掉电后,信息不会丢失。 执行POST代码对系统外围关键设备检测通过后,系统启动自举程序,根据我们在BIOS中设置的启动顺序搜索启动驱动器(比如的硬盘、光驱、网络服务器等)。选择合适的启动器,比如通常情况下的硬盘设备,BIOS会读取硬盘设备的第一个扇区(MBR,512字节),并执行其中的代码。实际上这里BIOS并不关心启动设备第一个扇区中是什么内容,它只是负责读取该扇区内容、并执行,BIOS的任务就完成了。此后将系统启动的控制权移交到MBR部分的代码。 注:在我们的现行系统中,大多关键设备都是连在主板上的。因此主板BIOS提供了一个操作系统(软件)和系统外围关键设备(硬件)最底级别的接口,在这个阶段,检测系统外围关键设备是否准备好,以供操作系 “” 统使用。 阶段二、Boot Loader 关于Boot Loader,简单的说就是启动操作系统的程序,如grub,lilo,也可以将boot loader本身看成一个小系统。 The BIOS invokes the boot loader in one of two ways: 1.It pass control to an initial program loader (IPL) installed within a driver's Master Boot Record (MBR) 2.It passes control to another boot loader, which passes control to an IPL installed within a partition's boot sector. In either case, the IPL must exist within a very small space, no larger than 446 bytes. Therefore, the IPL for GRUB is merely a first stage, whose sole task is to locate and load a second stage boot loader, which does most of the work to boot the system. There are two possible ways to configure boot loaders: Primary boot loader: Install the first stage of your Linux boot loader into the MBR. The boot loader must be configure to pass control to any other desired operating systems. Secondary boot loader: Install the first stage of your Linux boot loader into the boot sector of some partition. Another boot loader must be installed into the MBR, and configured to pass control to your Linux boot loader. 假设Boot Loader 为grub (grub-0.97),其引导系统的过程如下: grub 分为stage1 (stage1_5) stage2两个阶段。stage1 可以看成是initial program loaderI(IPL),而stage2则实现了grub 的主要功能,包括对特定文件系统的支持(如ext2,ext3,reiserfs等),grub自己的shell,以及内部程序(如:kernrl,initrd,root )等。

详解bootloader的执行流程与ARM Linux启动过程分析

详解bootloader的执行流程与ARM Linux启动过程分析 ARM Linux启动过程分析是本文要介绍的内容,嵌入式Linux 的可移植性使得我们可以在各种电子产品上看到它的身影。对于不同体系结构的处理器来说Linux的启动过程也有所不同。 本文以S3C2410 ARM处理器为例,详细分析了系统上电后bootloader的执行流程及ARM Linux的启动过程。 1、引言 Linux 最初是由瑞典赫尔辛基大学的学生Linus Torvalds在1991 年开发出来的,之后在GNU的支持下,Linux 获得了巨大的发展。虽然Linux 在桌面PC 机上的普及程度远不及微软的Windows 操作系统,但它的发展速度之快、用户数量的日益增多,也是微软所不能轻视的。而近些年来Linux 在嵌入式领域的迅猛发展,更是给Linux 注入了新的活力。 一个嵌入式Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分:引导加载程序(bootloader),Linux 内核,文件系统,应用程序。 其中bootloader是系统启动或复位以后执行的第一段代码,它主要用来初始化处理器及外设,然后调用Linux 内核。 Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统做为根文件系统(Root Filesystem)。 根文件系统是Linux 系统的核心组成部分,它可以做为Linux 系统中文件和数据的存储区域,通常它还包括系统配置文件和运行应用软件所需要的库。 应用程序可以说是嵌入式系统的“灵魂”,它所实现的功能通常就是设计该嵌入式系统所要达到的目标。如果没有应用程序的支持,任何硬件上设计精良的嵌入式系统都没有实用意义。 从以上分析我们可以看出bootloader 和Linux 内核在嵌入式系统中的关系和作用。Bootloader在运行过程中虽然具有初始化系统和执行用户输入的命令等作用,但它最根本

linux启动顺序讲解

一、简单介绍RHEL开机时的先后顺序 BIOS —> MBR —> Kernel —> init 1、当电脑一打开电源时电脑就会进入BIOS(BIOS的工作主要是检测一些硬件设备); 2、检测完后会进入MBR也就是boot loader(MBR位于硬盘的第一个扇区总共512bytes,其中前446bytes里面的编码是在选择引导分区也就是决定要由哪个分区来引导); 3、载入系统的Kernel(核心),在Kernel里主要是载入电脑设备的驱动程序,以便可以控制电脑上的设备,并且以只读方式来挂载根目录,也就是一开始只能读取到根目录所对应的那个分区,所以/etc、/bin、/sbin、/dev、/lib这五个目录必须同根目录在一个分区中; 4、最后启动init这个程序,所以init这个程序的进程编号为1,是Linux中第一个执行的程序; init这个程序会根据Run level来执行以下这些程序: ·/etc/rc.d/rc.sysinit; ·/etc/rc.d/rc 和etc/rc.d/rc?.d/ ·/etc/rc.d/rc.local ·如果有适当的图形界面管理程序 二、BIOS初始化时主要的三个任务 BIOS(B asic I nput/O utput S ystem) 1、电脑周边设备的检测,加电自检POST (Power on self test); 2、BIOS会选择要由哪一个设备来开机,例如:软盘启动、光盘启动、网络启动、最常见的从硬盘启动; 3、选择好由哪个设备开机后,就开始读取这个设备的MBR 引导扇区; 三、介绍Boot Loader中的主要工作 1、Boot Loader可以安装在两个地方: ·安装在硬盘的MBR中; ·当有时候MBR中被其他开机管理程序占用就可以将Boot Loader 安装在硬盘中的其中一个分区的引导扇区上,; 2、Boot Loader的程序码分为两个阶段: (1)Boot Loader第一阶段的程序码非常小,只有446bytes,可以存入在MBR或是某一个分区的引导扇区里, (2)Boot Loader第一阶段的程序码是从boot 分区来载入的,就是说Boot Loader 第二阶段程序码存放在/boot 这个分区中; 3、下面来看三个Boot Loader 的开机流程范例,如在一块硬盘中安装了两个系统分别为:windows 2003 和Red hat linux 当电脑开机后,会先载入MBR通过第一阶段程序码来载入第二阶段程序码,进入GRUB开机菜单这里选择哪个系统就会载入相应的核心;

怎样执行在Linux上运行应用程序

如何执行在Linux上运行的应用程序 关键字:Linux 先决条件 要充分理解本文,必须具备Windows 环境下桌面应用程序的工作经验,我认为读者对如何使用Linux 桌面有一个基本的了解。使用一个运行的Linux 计算来机探讨本文的概念和示例是很有帮助的。 概述 有时候第一次在Linux 上运行一个应用程序需要一点额外工作。有些应用程序,比如服务器服务,可能无法安装为服务,因此您需要从命令行启动这些应用程序。对于启动这些应用程序的用户帐户而言,需要在应用程序文件中设置执行许可标志(x)。 运行用户空间应用程序 Linux 在内核空间或用户空间运行进程。用户空间是操作系统的区域,应用程序通常在此运行。简单地说,每个用户帐户有其自己的用户空间,应用程序在这个领域内运行。 默认情况下,只有root 用户有权访问内核空间。root 用户是Linux 中的超级用户,相当于Windows 中的管理员帐户。在root 用户帐户下运行应用程序可能会引起安全风险,是不可取的。 很多服务器服务需要root 权限启动服务。然而,服务启动后,root 帐户通常会将其移至服务帐户。严格地说,Linux 中的服务帐户才是标准的用户帐户。主要区别是服务帐户仅用于运行一个服务,而不是为任何实际登录的用户准备的。 设置权限 您可以使用chmod 命令在一个文件中设置执行权限。在Linux 中,umask 设置通常用来防止下载的文件被执行,也有充分的理由相信,因为它有助于维护Linux 计算机的安全性。 大多数Linux 发行版具有一个值为022 的umask 设置,这意味着,默认情况下一个新文件权限设置为644.权限的数字表示形式采用读(4)、写(2)、执行(1) 的格式。因此,默认权限为644 的应用程序下载意味着文件所有者有读写权限,而组用户和其他用户只有读权限。 例如,为每个人赋予一个文件的执行权限,使用chmod a+x 命令。a 表示所有人,加号(+) 表示添加,而x 表示执行。同样地,如果应用程序是一个服务器服务,您应该确保只有授权帐户才有权执行此服务。 如果一个应用程序能够在标准用户帐户权限下运行,但只有特定组中的用户才需要使用它,您可以将该组所有者权限设置为可执行,然后将这些用户添加到该组中。 更具体地说,您可以在一个可执行文件中设置访问控制列表(ACL) 权限,赋予特定用户或组权限来运行该应用程序。使用setfacl 实用工具设置ACL 权限。 对于这些需要以root 用户启动进程的应用程序,比如服务器服务,您有几个选择。总结了允许用户执行需要root 权限的服务器服务的各种选项。 选项描述 作为root 用户不推荐用于服务器服务。当用户已经知道root 密码而且应用程序泄露不是首要关注问题时,可用于应用程序。 SetUID 由于安全问题,不推荐使用。SetUID 允许标准用户以另一个用户方式,比如root 用户,执行一个文件。 sudo 很常用,并且被认为是一个很好的实践。sudo 授予一个用户或组成员权限以执行可能额外需要root 权限的文件。该用户不需要知道root 密码。 带有文件权限的标准用户帐户在一个文件上为用户所有者、组所有者或其他人(所有人)

linux、内核源码、内核编译与配置、内核模块开发、内核启动流程

linux、内核源码、内核编译与配置、内核模块开发、内核启动流程(转) linux是如何组成的? 答:linux是由用户空间和内核空间组成的 为什么要划分用户空间和内核空间? 答:有关CPU体系结构,各处理器可以有多种模式,而LInux这样的划分是考虑到系统的 安全性,比如X86可以有4种模式RING0~RING3 RING0特权模式给LINUX内核空间RING3给用户空间 linux内核是如何组成的? 答:linux内核由SCI(System Call Interface)系统调用接口、PM(Process Management)进程管理、MM(Memory Management)内存管理、Arch、 VFS(Virtual File Systerm)虚拟文件系统、NS(Network Stack)网络协议栈、DD(Device Drivers)设备驱动 linux 内核源代码 linux内核源代码是如何组成或目录结构? 答:arc目录存放一些与CPU体系结构相关的代码其中第个CPU子目录以分解boot,mm,kerner等子目录 block目录部分块设备驱动代码 crypto目录加密、压缩、CRC校验算法 documentation 内核文档 drivers 设备驱动 fs 存放各种文件系统的实现代码 include 内核所需要的头文件。与平台无关的头文件入在include/linux子目录下,与平台相关的头文件则放在相应的子目录中 init 内核初始化代码 ipc 进程间通信的实现代码 kernel Linux大多数关键的核心功能者是在这个目录实现(程序调度,进程控制,模块化) lib 库文件代码 mm 与平台无关的内存管理,与平台相关的放在相应的arch/CPU目录net 各种网络协议的实现代码,注意而不是驱动 samples 内核编程的范例 scripts 配置内核的脚本 security SElinux的模块 sound 音频设备的驱动程序 usr cpip命令实现程序 virt 内核虚拟机 内核配置与编译 一、清除 make clean 删除编译文件但保留配置文件

bootloader

Boot Loader的启动流程和开发经验总结 Windows CE最大程度继承了桌面版Windows的丰富功能,但是Windows CE并不是一个通用的安装版操作系统。在形形色色的嵌入式设备世界里,一款CE系统通常只会针对某一种硬 件平台生成。 一般来说,Windows CE的开发过程可以分为:0AL(OEM Abstraction Layer)、驱动、应用程序开发三个步骤。其中,0AL开发最基本的一步是板级支持包(BSP),而BootLoader 设计则在BSP开发中具有极为关键的地位。 1.什么是BootLoader 嵌入式系统的启动代码一般由两部分构成:引导代码和操作系统执行环境的初始化代码。其中引导代码一般也由两部分构成:第一部分是板级、片级初始化代码,主要功能是通过设置寄存器初始化硬件的工作方式,如设置时钟、中断控制寄存器等,完成内存映射、初始化MMU等。第二部分是装载程序,将操作系统和应用程序的映像从只读存储器装载或者拷贝到系统的RAM中并执行。 (1)什么是板级BSP? BSP(Board Support Package)是板级支持包,是介于主板硬件和操作系统之间的一层,主要是为了支持操作系统,使之能够更好的运行于硬件主板。不同的操作系统对应于不同形式的BSP,例如WinCE的BSP和Linux的BSP相对于某CPU来说尽管实现的功能一样,可是写法和接口定义是完全不同的。所以,BSP一定要按照该系统BSP的定义形式来写,这样才能与上 层OS保持正确的接口,良好的支持上层OS。 (2)什么是Boot Loader

在BSP中有一个重要的组成部分就是BootLoader,它是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,为调用操作系统内核准备好环境。 一般来说,在嵌入式世界里BootLoader 是严重地依赖于硬件的,因此想建立一个通用的 BootLoader 几乎是不可能的。不同的 CPU 体系结构有不同的BootLoader,而且除了依赖于 CPU的体系结构外,BootLoader还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说,对于两块不同的嵌入式板而言,即使它们是基于同一种 CPU 结构而构建的,要想让运行在一块板子上的 BootLoader 程序也能运行在另一块板子上,通常也都需要修改 BootLoader 的源程序。 2.BootLoader在PC机与嵌入式的区别比较 (1)引导程序在PC机和嵌入式上的区别 一般来说,在PC的硬件平台上,由于硬件启动根本就不是通过BootLoader(而是通过BIOS),所以BootLoader就不需要对CPU加电后的初始化做任何工作。在桌面系统中,有以下几种设备可以作为启动设备使用:硬盘、USB盘、光盘驱动器、还有网卡的Boot ROM 等。但无论选择了哪一种启动设备,操作系统都会去将该设备起始地址的内容读入内存,BIOS 将控制移交给引导装载程序。如果启动设备是IDE硬盘,这时通常将引导装载程序装入第一个扇区(通常被称做主引导扇区,MBR),然后将内容读入内存再运行。 在嵌入式平台上,引导装载程序是在硬件上执行的第一段代码,通常将引导程序放置在不易丢失的存储器的开始地址或者是系统冷启动时PC寄存器的初始值。在嵌入式系统中,通常并没有像BIOS那样的固件程序,因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完

Linux2 进程的启动方式

Linux2 进程的启动方式 程序或者命令的执行实际上是通过进程实现的。通常情况下,程序或者命令是保存在硬盘上的,当在命令行中输入一个可执行程序的文件名或者命令并按下Enter 键后,系统内核就将该程序或者命令的相关代码加载到内存中开始执行。系统会为该程序或者命令创建一个或者多个相关的进程,通过进程完成特定的任务。启动进程的方式有两种,分别为前台启动方式和后台启动方式。 1.以前台方式启动进程 在终端窗口的命令行上输入一个Linux命令并按Enter键,就是以前台方式启动了一个进程。例如,在终端窗口上执行“find /-name myfile.txt”命令,就以前台方式启动了一个进程,在该进程还未执行完时,可按下Ctrl+z组合键将该进程暂时挂起,然后使用ps命令查看该进程的有关信息,如图5-1所示。 图5-1 以前台方式启动进程 2.以后台方式启动进程 要在命令行上以后台方式启动进程,需要在执行的命令后添加一个“&”。例如,在终端窗口的命令行上输入命令“find / -name myfile2.txt &”并按下Enter键后将从后台启动一个进程。启动后,系统会显示如下所示的信息: 这里的数字2表示该进程是运行于后台的第2个进程,数字3516是该进程的PID(即进程标识码,用于惟一地标识一个进程)。 然后,出现了shell提示符,这表示已返回到前台。这时,执行ps命令将能够看到现在在系统中有两个由find命令引起的进程,它们的标识号是不同的,因而是两个不同的进程,其中,PID为3385的进程就是刚才被挂起的进程。 如果执行jobs命令可以查看当前控制台中的后台进程,如图5-2所示,可以看到当前在后台有两个进程,其中一个处于运行(Running)状态,另一个,即被挂起的进程处于停止(Stopped)状态。等过一段时间后再使用ps命令进行查看,会发现PID为3516的进程已经结束了,而PID为3385的进程还存在。

linux grub 引导启动过程详解

linux grub 引导启动过程详解 2008-01-08 17:18 这几天看了很多文档,算是对linux的启动过程有了比较细致的了解. 网上有很多文章谈到这方面的内容,但总觉得没有一篇完全的解析linux启动的 细节,下面是我小弟在学习的过程中总结出来的一些东东.这个是完整的linux启动过程, 不涉及内核,但是我觉得比较详细哦. (由于本人比较懒,这一段是从网上抄的) 机器加电启动后,BIOS开始检测系统参数,如内存的大小,日期和时间,磁盘 设备以及这些磁盘设备用来引导的顺序,通常情况下,BIOS都是被配置成首先检查 软驱或者光驱(或两者都检查),然后再尝试从硬盘引导。如果在这些可移动的设 备中,没有找到可引导的介质,那么BIOS通常是转向第一块硬盘最初的几个扇区, 寻找用于装载操作系统的指令。装载操作系统的这个程序就是boot loader. linux里面的boot loader通常是lilo或者grub,从Red Hat Linux 7.2起,GRUB( GRand Unified Bootloader)取代LILO成为了默认的启动装载程序。那么启动的时候grub是如何被载入的呢 grub有几个重要的文件,stage1,stage2,有的时候需要stage1.5.这些文件一般都 在/boot/grub文件夹下面.grub被载入通常包括以下几个步骤: 1. 装载基本的引导装载程序(stage1),stage1很小,网上说是512字节,但是在我的系统上用du -b /boot/grub/stage1 显示的是1024个字节,不知道是不是grub版本不同的缘故还是我理解有误.stage1通常位于主引导扇区里面,对于硬盘就是MBR了,stage1的主要功能就是装载第二引导程序(stage2).这主要是归结于在主引导扇区中没有足够的空间用于其他东西了,我用的是grub 0.93,stage2文件的大小是107520 bit. 2. 装载第二引导装载程序(stage2),这第二引导装载程序实际上是引出更高级的功能, 以允许用户装载入一个特定的操作系统。在GRUB中,这步是让用户显示一个菜单或是输入命令。由于stage2很大,所以它一般位于文件系统之中(通常是boot所在的根 分区). 上面还提到了stage1.5这个文件,它的作用是什么呢你到/boot/grub目录下看看, fat_stage_1.5 e2fs_stage_1.5 xfs_stage_1.5等等,很容易猜想stage1.5和文件系统 有关系.有时候基本引导装载程序(stage1)不能识别stage2所在的文件系统分区,那么这 时候就需要stage1.5来连接stage1和stage2了.因此对于不同的文件系统就会有不同的stage1.5.但是对于grub 0.93好像stage1.5并不是很重要,因为我试过了,在没有stage1.5 的情况下, 我把stage1安装在软盘的引导扇区内,然后把stage2放在格式化成ext2或者fat格式的软盘内,启动的时候照常引导,并不需要e2fs_stage_1.5或者fat_stage_1.5. 下面是我的试验: #mkfs.ext2 /dev/fd0 #mount -t ext2 /dev/fd0 /mnt/floppy #cd /mnt/floppy #mkdir boot #cd boot #mkdir grub (以上三步可用mkdir -p boot/grub命令完成) #cd grub #cp /boot/grub/{stage1,stage2,grub.conf} ./ #cd; umount /mnt/floppy

Linux启动过程详解

深入浅出:Linux的启动流程刨析 Linux的启动过程,是一个Linuxer必须要熟练掌握的。通过系统的启动过程,可以更深入的理解Linux,假如Linux系统出问题的话,可以通过启动过程来分析原因,解决问题。而且,在掌握了Linux的启动流程后,还可以借助宿主机来打造自己的Linux。 下面是我画的一张简单的Linux启动流程图 在了解启动流程之前,我们应该先知道系统的几个重要脚本和配置文件,他们对应的路径为: 1、/sbin/init 2、/etc/inittab 3、/etc/rc.d/rc.sysinit 4、/etc/rc.d/rcN.d //这是几个文件夹N代表数字1,2,3,4.. 5、/etc/fstab 1、关于/sbin/init与/etc/inittab 关于/sbin/init ,它是一个二进制可执行文件,为系统的初始化程序,而/etc/inittab是它的配置文件,我们可以通过/etc/inittab来一睹它的功能,里面的内容是一种固定的文本格式,id:runlevels:action:process 我们来通过它的内容来学习它之前,先了解写运行级别的分类(0-6): 0:关机half

1:单用户模式singel user 2:多用户模式multi user ,不提供nfs服务without nfs 3:完全多用户字符模式full multiuser text mod 4:系统预留officially undefined 5:图形登录界面graphical login 6:重启reboot id:3:initdefault: //这里定义linux的启动时的运行级别,可以看到我的主机的启动级别是3 # System initialization. si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit //紧接着,运行系统第一个脚本/etc/rc.d/rc/sysinit //它的action:sysyinit指的是定义系统初始化过程 l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1 l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2 //然后就是加载服务了,他们被定义在/etc/rc.d/rcN.d l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3 //action:waite 这个进程在在对应级别启动一次,知道它结束为止,我的系统启动级别为3,所有执行rc 3对应的服务 l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4 l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5 l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6 ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now //这里定义了一个组合快捷键,熟悉吧,没错就是重启,你可以把它注释掉不用 pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"//这里定义了ups电源,powerfail 指的是如果突然断电,它对应的process命令是,提示用户系统电源失效,将要关机,提醒用户把数据都存储好 pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"//这里的action,powerokwaite,指的是系统恢复供电,关机取消...

 1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1 //开启终端,在系统准备工作做好后,就会启动出6个终端,tty1~6 mingetyy就是终端的执行命令 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2 //可以看到他们对应的级别是2345,你也可以注释

linux内核启动时几个关键地址

linux内核启动时几个关键地址 1、名词解释 ZTEXTADDR 解压代码运行的开始地址。没有物理地址和虚拟地址之分,因为此时MMU处于关闭状态。这个地址不一定时RAM的地址,可以是支持读写寻址的flash等存储中介。 ZRELADDR 内核启动在RAM中的物理地址。压缩的内核映像被解压到这个地址,然后执行。 This is the address where the decompressed kernel will be written, and eventually executed. The following constraint must be valid: __virt_to_phys(TEXTADDR) == ZRELADDR The initial part of the kernel is carefully coded to be position independent. TEXTADDR 内核启动的虚拟地址,与ZRELADDR相对应。一般内核启动的虚拟地址为RAM的第一个bank地址加上0x8000。 TEXTADDR = PAGE_OFFSET + TEXTOFFST Virtual start address of kernel, normally PAGE_OFFSET + 0x8000.This is where the kernel image ends up. With the latest kernels, it must be located at 32768 bytes into a 128MB region. Previous kernels placed a restriction of 256MB here. TEXT_OFFSET 内核偏移地址,即内核起始位置相对于内存起始位置的偏移,对于相对于物理内存还是相对于虚拟内存都是一样的结果。在arch/arm/makefile中设定。 PHYS_OFFSET RAM第一个bank的物理起始地址,即物理内存的起始地址。 Physical start address of the first bank of RAM. PAGE_OFFSET RAM第一个bank的虚拟起始地址,即内核虚拟地址空间的起始地址。 2、小结 从上面分析可知道,linux内核被bootloader拷贝到RAM后,解压代码从ZTEXTADDR开始运行(这段代码是与位置无关的PIC)。内核被解压缩到ZREALADDR处,也就是内核启动的物理地址处。相应地,内核启动的虚拟地址被设定为TEXTADDR,满足如下条件: TEXTADDR = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET 内核启动的物理地址和虚拟地址满足入下条件: ZRELADDR == virt_to_phys(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)= virt_to_phys(TEXTADDR) 假定开发板为smdk2410,则有: 内核启动的虚拟地址 TEXTADDR = 0xC0008000 内核启动的物理地址 ZRELADDR = 0x30008000 如果直接从flash中启动还需要设置ZTEXTADDR地址。

bootloader分析

Bootloader分析

?熟悉BootLoader的实现原理?认识Bootloader的主要任务?熟悉BootLoader的结构框架?U-boot使用

引言本章详细地介绍了基于嵌入式系统中的OS启动加载程序――Boot Loader的概念、软件设计的主要任务以及结构框架等内容。 一个嵌入式Linux系统从软件的角度看通常可以分为四个层次: ?1.引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代码(可 选),和Boot Loader两大部分。 ?2.Linux内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。 ?3.文件系统。包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件 系统。通常用ram disk来作为root fs。 ?4.用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程序和 内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式GUI有:MicroWindows和MiniGUI。

?引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。回忆一下PC 的体系结构我们可以知道,PC机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的OS Boot Loader(比如,LILO和GRUB等)一起组成。 ?BIOS在完成硬件检测和资源分配后,将硬盘MBR中的Boot Loader读到系统的RAM中,然后将控制权交给OS Boot Loader。 Boot Loader的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到RAM 中,然后跳转到内核的入口点去运行,也即开始启动操作系统。 而在嵌入式系统中,通常并没有像BIOS那样的固件程序(注,有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序),因此整个系统的加载启动任务就完全由Boot Loader来完成。 ?比如在一个基于ARM7TDMI core的嵌入式系统中,系统在上电 或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行,而在这个地址 处安排的通常就是系统的Boot Loader程序。

简析linux内核的内核执行流程图

简析linux核的执行流程 ----从bootsect.s到main.c(核版本0.11)Linux启动的第一阶段(从开机到main.c) 3个任务: A、启动BIOS,准备实模式下的中断向量表和中断服务程序。 B、从启动盘加载操作系统程序到存。 C、为执行32的main函数做过渡准备。 存变化如下: ①、0xFE000到0xFFFFF是BIOS启动块,其中上电后第一条指令在0xFFFF0。 ②、而后0x00000到0x003FF总共1KB存放中断向量表,而接下去的地址到0x004FF共256B存放BIOS数据,从0x0E05B 开始的约8KB的存中存放中断服务程序。 ③、利用BIOS中断0x19h把硬盘的第一扇区bootsect.s的代码加载到存中,即0x07c00处,后转到该处执行。 ④、将bootsect.s的代码复制到0x90000处。 ⑤、利用中断0x13h将setup.s程序加载到存0x90200处。 ⑥、再将剩余的约240个扇区的容加载到0x10000~0x2EFFF 处。 ⑦、开始转到setup.s处执行,第一件事就利用BIOS提供的中断服务程序从设备上获取核运行的所需系统数据并存在0x90000的地址处,这时将原来bootsect.s的代码覆盖得只剩2Byte的空间。

⑧、关中断并将系统代码复制到0x00000处,将原来放在这里的中断向量表与BIOS数据区覆盖掉,地址围是 0x00000~0x1EFFF。同时制作两表与两寄存器。 ⑨开地址线A20,寻址空间达到4GB,后对8259重新编程,改变中断号。 ⑩、转到head.s(大小是25K+184B)执行,执行该程序完后是这样的: 0x00000~0x04FFF:页目录与4个页表,每一项是4KB,共20KB;0x05000~0x05400:共1KB的空间是软盘缓冲区; 0x05401~0x054b8:共184B没用; 0x054b9~0x05cb8:共2KB的空间存中断描述符表; 0x05cb9~0x064b8:共2KB的空间存全局描述符表; 之后就是main函数的代码了! 第二阶段、从main.c函数到系统准备完毕阶段。 第一步:创建进程0,并让进程0具备在32位保护模式下载主机中的运算能力。流程是: 复制根设备和硬盘参数表(main.c中的102、110、111行) 物理存规划格局(main.c的112行~126行,其中有 rd_init函数定义在kernel/ramdisk.c中,此函数用于虚拟盘初始化;而mem_init函数是用于存管理结构初始化,定义在mem/memory.c中,该函数页面使用

Linux启动全过程-由bootloader到fs

Linux启动过程 许多人对Linux的启动过程感到很神秘,因为所有的启动信息都在屏幕上一闪而过。其实Linux的启动过程并不象启动信息所显示的那样复杂,它主要分成两个阶段: 1.启动内核。在这个阶段,内核装入内存并在初始化每个设备驱动器时打印信息。 2.执行程序init。装入内核并初始化设备后,运行init程序。init程序处理所有程序的启动, 包括重要系统精灵程序和其它指定在启动时装入的软件。 下面以Red Hat为例简单介绍一下Linux的启动过程。 一、启动内核 首先介绍启动内核部分。电脑启动时,BIOS装载MBR,然后从当前活动分区启动,LILO获得引导过程的控制权后,会显示LILO提示符。此时如果用户不进行任何操作,LILO将在等待制定时间后自动引导默认的操作系统,而如果在此期间按下TAB键,则可以看到一个可引导的操作系统列表,选择相应的操作系统名称就能进入相应的操作系统。当用户选择启动LINUX操作系统时,LILO就会根据事先设置好的信息从ROOT文件系统所在的分区读取LINUX映象,然后装入内核映象并将控制权交给LINUX内核。LINUX内核获得控制权后,以如下步骤继续引导系统: 1. LINUX内核一般是压缩保存的,因此,它首先要进行自身的解压缩。内核映象前面的一些代码完成解压缩。 2. 如果系统中安装有可支持特殊文本模式的、且LINUX可识别的SVGA卡,LINUX会提示用户选择适当的文本显示模式。但如果在内核的编译过程中预先设置了文本模式,则不会提示选择显示模式。该显示模式可通过LILO或RDEV工具程序设置。 3. 内核接下来检测其他的硬件设备,例如硬盘、软盘和网卡等,并对相应的设备驱动程序进行配置。这时,显示器上出现内核运行输出的一些硬件信息。 4. 接下来,内核装载ROOT文件系统。ROOT文件系统的位置可在编译内核时指定,也可通过LILO 或RDEV指定。文件系统的类型可自动检测。如果由于某些原因装载失败,则内核启动失败,最终会终止系统。 二、执行init程序 其次介绍init程序,利用init程序可以方便地定制启动其间装入哪些程序。init的任务是启动新进程和退出时重新启动其它进程。例如,在大多数Linux系统中,启动时最初装入六个虚拟的控制台进程,退出控制台窗口时,进程死亡,然后init启动新的虚拟登录控制台,因而总是提供六个虚拟登陆控控制台进程。控制init程序操作的规则存放在文件/etc/inittab中。Red Hat Linux缺省的inittab文件如下:# #inittab This file describes how the INIT process should set up the system in a certain #run-level. # # #Default runlevel.The runlevels used by RHS are: #0-halt(Do NOT set initdefault to this) #1-Single user mode #2-Multiuser,without NFS(the same as 3,if you do not have networking) #3-Full multiuser mode #4-unused #5-X11 #6-reboot(Do NOT set initdefault to this)

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