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   1 # Lunaix内核初始化流程
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   3 虽然不同的架构对启动与初始化有着不同的要求，但这些区分只是针对指令集架构或其微架构的特性。对于架构中性的内核而言，其初始化流程是保持不变的。
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   5 下图展示了从内核被引导，及至第一个用户进程的创建，这之间的流程。
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   7 ![boot](img/boot_sequence.png)
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   9 ## 图例与解释
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  11 ### 1. 架构相关
  12 + **ISA Config**
  13   对CPU状态进行而外的配置，如进行模式切换，开启或关闭CPU特性。该部分代码为架构相关，如果某些架构没有这个需求，那么该步骤将只是一个单纯的占位符，以满足Lunaix的规范。
  14 + **collect boot info**
  15   收集引导信息，以及平台信息。比如内存地图，内核启动参数的存放地址。
  16 + **high-mem**
  17   配置内核的虚拟地址资源，包括：按照[虚拟内存地址映射图](./lunaix-mem-map.md)进行页表的构建，以及将内核重映射到高内存区。
  18 + **exception model**
  19   初始化CPU的异常模型（或者也叫中断模型），包括：安装异常处理函数，配置CPU使得其按照Lunaix预定的方式进行异常的接受和分派。
  20 + **hw_irq manager**
  21   初始化硬件中断资源管理器。该组件用于管理外部中断号的分配，比如：当一个驱动程序想获得一个中断号以便配置与相应该设备的中断。
  22 + **install syscall**
  23   安装系统调用接口
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  25 ### 2. 架构中性
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  27 + **pmm_init**
  28   初始化物理管理器，主要包括：内存页池创建，分配器初始化。
  29 + **vmm_init**
  30   初始化虚拟内存管理器（该步骤目前没有任何行为）
  31 + **kmem_init**
  32   初始化内核内存管理器，主要包括：蛋糕分配器初始化（Lunaix内核的动态内存分配器，是slab分配器的一个变体）
  33 + **cmdline parse**
  34   解析内核启动参数，方便其他组件随时取阅。
  35 + **trace_init**
  36   初始化内核跟踪器，用于在内核出现无法恢复的致命错误时，打印出详尽的调试信息，并跟踪堆栈。
  37 + **dev driver**
  38   扫描并注册所有的编译进内核的设备驱动程序
  39 + **device: (stage)**
  40   加载驱动程序。注意，该步骤是参数化的。驱动程序可能对加载的时序有要求，不同的驱动需要在内核启动过程中不同的时刻加载。该时刻由参数`stage`定义，每一次调用该步骤只会加载注册在指定时刻下的驱动程序。
  41   这里需要明确指出一点：该步骤只是负责运行驱动程序的安装函数。如果一个驱动程序在该平台上找不到兼容的设备进行认领，则可以选择忽略本次运行。安装函数可以在内核进入正常的工作序列后，由用户通过`twifs`暴露的接口进行手动执行。
  42   Lunaix目前规定了以下几个时刻
  43   + **sysconf**
  44     序章时刻。驱动程序所能使用的内核组件只有最基本的内存管理服务，以及中断资源管理服务。其他组件/服务处于未定义阶段。像ACPI，芯片组这类的驱动程序一般会在这个时候进行加载。
  45   + **onboot**
  46     正文时刻。在这个时刻，基本上所有的内核服务都可以使用，比如：时钟/计时器服务，虚拟文件系统，调度服务，块儿设备IO。大部分驱动程序将会在此时加载。
  47   + **postboot**
  48     终章时刻。在这个时刻与正文时刻几乎一样。但不同于正文时——其运行在同步模式，该时刻的驱动运行在抢占模式，也就是内核线程已经开始进入正常的调度序列。
  49 + **init_fn: (stage)**
  50   加载内核组件初始化程序。注意，该步骤是参数化的。初始化程序可能对加载的时序有要求，不同的初始化程序需要在内核启动过程中不同的时刻加载。该时刻由参数`stage`定义，每一次调用该步骤只会加载注册在指定时刻下的初始化程序。Lunaix目前规定了以下几个时刻
  51   + **earlyboot**
  52     序章时刻。在驱动程序的序章时刻后进行。
  53   + **onboot**
  54     正文时刻。在驱动程序的正文时刻后进行。
  55   + **postboot**
  56     终章时刻。在驱动程序的终章时刻后进行。
  57 + **timer/clock init**
  58   计数器与系统时钟的初始化。前者负责控制整个系统的时序，提供精确到毫秒或以下（取决于架构）的计时服务；后者构建与前者与RTC设备之上，提供基本的时间播报与统计服务（如当前的时间戳，系统运行时间，等等）
  59 + **vfs init**
  60   虚拟文件系统初始化，同时加载文件系统驱动。
  61 + **pseudo fs load**
  62   伪文件系统加载（如`twifs`，`devfs`）
  63 + **kernel daemon**
  64   内核守护线程，用于重复执行一些具有维护性的例程（如LRU检查，僵尸线程自动回收）
  65 + **lock pmem**
  66   冻结物理内存。用于“锁住”包含启动时所需信息的物理页，这类页面一般由固件提供，以便OS能够更好的进行适配。如ACPI的系统描述表们。该类页面将在 **unlock pmem** 时分释放。
  67 + **unlock pmem**
  68   解冻物理内存。
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  70 ### 自加载符号
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  72 上文提到的“安装函数”，如 init_fn，均属于Lunaix的自加载函数。这类函数通常由内核在初始化过程中自动调用。当然，可以被自加载的东西并不局限于函数，而是可以为任意符号，比如一个全局变量。Lunaix的自加载框架只负责统筹所有导出的符号，具体的释义和用法由具体使用此框架的子系统决定，而不同的释义与用法也就构成了不同的自加载类型。
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  74 目前定义的自加载类型由如下几大类：
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  76 + **devdefs** 设备驱动声明（`device`阶段）
  77 + **lunainit** 通用初始化函数（`init_fn`阶段）
  78 + **twiplugin** (twifs) 内核态映射构建函数
  79 + **fs** 文件系统驱动声明
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  81 #### 所有自加载符号
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  83 | 类型 | 符号 | 源文件 |
  84 | --- | --- | --- |
  85 | fs | `iso9660` | kernel/fs/iso9660/mount.c |
  86 | devdefs | `randdev` | arch/x86/hal/rngx86.c |
  87 | fs | `ext2fs` | kernel/fs/ext2/mount.c |
  88 | twiplugin | `sys_clock` | kernel/time/clock.c |
  89 | devdefs | `lxconsole` | hal/char/lxconsole.c |
  90 | devdefs | `zerodev` | hal/char/devzero.c |
  91 | lunainit | `lxconsole_init` | hal/char/lxconsole.c |
  92 | devdefs | `vga_pci` | hal/gfxa/vga/vga_pci.c |
  93 | twiplugin | `fstab` | kernel/fs/fsm.c |
  94 | devdefs | `ahci` | hal/ahci/ahci_pci.c |
  95 | twiplugin | `rtc_fsexport` | hal/rtc/rtc_device.c |
  96 | lunainit | `vga_rawtty_init` | hal/gfxa/vga/vga_rawtty.c |
  97 | twiplugin | `cake_alloc` | kernel/mm/cake_export.c |
  98 | twiplugin | `pci_devs` | hal/bus/pci.c |
  99 | lunainit | `init_serial_dev` | hal/char/serial.c |
 100 | twiplugin | `vfs_general` | kernel/fs/fs_export.c |
 101 | devdefs | `uart16550_pci` | hal/char/uart/16x50_pci.c |
 102 | twiplugin | `devdb` | kernel/device/devdb.c |
 103 | fs | `twifs` | kernel/fs/twifs/twifs.c |
 104 | lunainit | `setup_default_tty` | hal/term/console.c |
 105 | twiplugin | `__lru_twimap` | kernel/lrud.c |
 106 | devdefs | `uart16550_pmio` | hal/char/uart/16x50_isa.c |
 107 | fs | `ramfs` | kernel/fs/ramfs/ramfs.c |
 108 | lunainit | `__intc_init` | arch/x86/exceptions/isrm.c |
 109 | devdefs | `acpi` | hal/acpi/acpi.c |
 110 | fs | `devfs` | kernel/device/devfs.c |
 111 | devdefs | `mc146818` | arch/x86/hal/mc146818a.c |
 112 | lunainit | `__init_blkbuf` | kernel/block/blkbuf.c |
 113 | twiplugin | `kprintf` | kernel/kprint/kprintf.c |
 114 | devdefs | `nulldev` | hal/char/devnull.c |
 115 | devdefs | `pci3hba` | hal/bus/pci.c |
 116 | fs | `taskfs` | kernel/process/taskfs.c |
 117 | devdefs | `i8042_kbd` | arch/x86/hal/ps2kbd.c |