X-Git-Url: https://scm.lunaixsky.com/lunaix-os.git/blobdiff_plain/270869139db617e29a35bb9ded41087bb702f9ac..dbfc095e6e2db3fd17d5406c1ec30a478194ad4d:/docs/lunaix-boot.md diff --git a/docs/lunaix-boot.md b/docs/lunaix-boot.md new file mode 100644 index 0000000..9477ab2 --- /dev/null +++ b/docs/lunaix-boot.md @@ -0,0 +1,117 @@ +# Lunaix内核初始化流程 + +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。 + +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。 + +![boot](img/boot_sequence.png) + +## 图例与解释 + +### 1. 架构相关 ++ **ISA Config** + 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。 ++ **collect boot info** + 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。 ++ **high-mem** + 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。 ++ **exception model** + 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。 ++ **hw_irq manager** + 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。 ++ **install syscall** + 安装系统调用接口 + +### 2. 架构中性 + ++ **pmm_init** + 初始化物理管理器,主要包括:内存页池创建,分配器初始化。 ++ **vmm_init** + 初始化虚拟内存管理器(该步骤目前没有任何行为) ++ **kmem_init** + 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) ++ **cmdline parse** + 解析内核启动参数,方便其他组件随时取阅。 ++ **trace_init** + 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。 ++ **dev driver** + 扫描并注册所有的编译进内核的设备驱动程序 ++ **device: (stage)** + 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。 + 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。 + Lunaix目前规定了以下几个时刻 + + **sysconf** + 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。 + + **onboot** + 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。 + + **postboot** + 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。 ++ **init_fn: (stage)** + 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 + + **earlyboot** + 序章时刻。在驱动程序的序章时刻后进行。 + + **onboot** + 正文时刻。在驱动程序的正文时刻后进行。 + + **postboot** + 终章时刻。在驱动程序的终章时刻后进行。 ++ **timer/clock init** + 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) ++ **vfs init** + 虚拟文件系统初始化,同时加载文件系统驱动。 ++ **pseudo fs load** + 伪文件系统加载(如`twifs`,`devfs`) ++ **kernel daemon** + 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) ++ **lock pmem** + 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。 ++ **unlock pmem** + 解冻物理内存。 + +### 自加载符号 + +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。 + +目前定义的自加载类型由如下几大类: + ++ **devdefs** 设备驱动声明(`device`阶段) ++ **lunainit** 通用初始化函数(`init_fn`阶段) ++ **twiplugin** (twifs) 内核态映射构建函数 ++ **fs** 文件系统驱动声明 + +#### 所有自加载符号 + +| 类型 | 符号 | 源文件 | +| --- | --- | --- | +| fs | `iso9660` | kernel/fs/iso9660/mount.c | +| devdefs | `randdev` | arch/x86/hal/rngx86.c | +| fs | `ext2fs` | kernel/fs/ext2/mount.c | +| twiplugin | `sys_clock` | kernel/time/clock.c | +| devdefs | `lxconsole` | hal/char/lxconsole.c | +| devdefs | `zerodev` | hal/char/devzero.c | +| lunainit | `lxconsole_init` | hal/char/lxconsole.c | +| devdefs | `vga_pci` | hal/gfxa/vga/vga_pci.c | +| twiplugin | `fstab` | kernel/fs/fsm.c | +| devdefs | `ahci` | hal/ahci/ahci_pci.c | +| twiplugin | `rtc_fsexport` | hal/rtc/rtc_device.c | +| lunainit | `vga_rawtty_init` | hal/gfxa/vga/vga_rawtty.c | +| twiplugin | `cake_alloc` | kernel/mm/cake_export.c | +| twiplugin | `pci_devs` | hal/bus/pci.c | +| lunainit | `init_serial_dev` | hal/char/serial.c | +| twiplugin | `vfs_general` | kernel/fs/fs_export.c | +| devdefs | `uart16550_pci` | hal/char/uart/16x50_pci.c | +| twiplugin | `devdb` | kernel/device/devdb.c | +| fs | `twifs` | kernel/fs/twifs/twifs.c | +| lunainit | `setup_default_tty` | hal/term/console.c | +| twiplugin | `__lru_twimap` | kernel/lrud.c | +| devdefs | `uart16550_pmio` | hal/char/uart/16x50_isa.c | +| fs | `ramfs` | kernel/fs/ramfs/ramfs.c | +| lunainit | `__intc_init` | arch/x86/exceptions/isrm.c | +| devdefs | `acpi` | hal/acpi/acpi.c | +| fs | `devfs` | kernel/device/devfs.c | +| devdefs | `mc146818` | arch/x86/hal/mc146818a.c | +| lunainit | `__init_blkbuf` | kernel/block/blkbuf.c | +| twiplugin | `kprintf` | kernel/kprint/kprintf.c | +| devdefs | `nulldev` | hal/char/devnull.c | +| devdefs | `pci3hba` | hal/bus/pci.c | +| fs | `taskfs` | kernel/process/taskfs.c | +| devdefs | `i8042_kbd` | arch/x86/hal/ps2kbd.c |