1. Booting分支介绍
在Linux系统的启动过程中，有一段称为Booting的处理过程。它负责加载内核、初始化系统、启动初始化程序等一系列关键任务。而在这个过程中，又有一个重要的分支，即Booting分支 。Booting分支是处理内核启动阶段和初始化进程的代码路径，它通过多个子分支来完成不同的任务。
下面将对Booting分支的架构、子分支以及它们的作用进行详细介绍。
2. Booting分支的架构
Booting分支的架构是一个多路分支结构，它包含了多个子分支，每个子分支又包含了多个处理过程。Booting分支主要是由startup_32()函数和各个子分支构成的。
void __init startup_32(void)
{
setup_arch(&command_line);
inquire_remote_irq();
trap_init();
sched_init();
mm_init();
check_bugs();
cpu_init();
init_IRQ();
init_timers();
init_softirq();
time_init();
console_init();
init_post();
printk(KERN_INFO "Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!\n");
for(;;)
idle();
}
3.子分支及其作用
3.1 setup_arch()
setup_arch()函数是Booting分支的第一个子分支，它主要是负责平台的初始化和架构的选择，包括CPU、内存、设备的初始化，堆栈的设置，以及异常和中断的处理等。
其中，最重要的是CPU初始化，这也是整个系统启动的关键。在CPU初始化过程中，会调用平台架构提供的cpu_arch_init()函数和hw_irq_init()函数。前者会根据CPU类型初始化寄存器和调用内存管理和中断控制的初始化函数；后者会根据硬件平台初始化中断控制器，为软中断和定时器中断提供服务，这对后面一些子分支的正常运作非常重要。
static void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
identify_boot_cpu();
early_math_init();
console_early_init();
early_serial_console_init();
BSP_processor_setup(); // 调用硬件平台实现的BSP_processor_setup函数
page_address_init();
debug_objects_mem_init();
debug_objects_setup();
parse_early_param();
early_acpi_boot_init();
setup_memory();
seq_printf_version();
reserve_initrd();
memblock_init();
mem_init();
pgtable_l5_enabled = boot_cpu_has(X86_FEATURE_PTI);
pci_iommu_alloc();
setup_vm_final();
check_bugs(); // 调用check_bugs函数
cachemode_init();
kernel_identify();
security_init();
dmi_scan_machine();
setup_per_cpu_pageset();
usermodehelper_init();
smp_prepare_boot_cpu();
radix_tree_init();
printk(KERN_DEBUG "Zone ranges: \n");
show_mem_ranges(0, -1);
printk(KERN_DEBUG "Kernel command line: %s\n", saved_command_line);
}
3.2 check_bugs()
check_bugs()函数是Booting分支的第二个子分支，它主要是用于检测系统中的CPU缺陷和其他硬件缺陷，并对其进行修复或提示。在这个函数中，会根据CPU类型和硬件平台的不同，对一些已知的缺陷进行修复或屏蔽，以保证系统正常运行。
例如，某些CPU可能存在的问题，比如Intel的F00F问题，AMD的79问题、27问题，以及VIA的9问题等，都会在这个函数中得到检测和修复。
static void __init check_bugs(void)
{
static const char *const x86_bug_flags[] = { // 缺陷列表
"f00f",
"spectre_v1",
"spectre_v2",
"spectre_v2_user",
"spectre_v4",
"mds",
"tsx_async_abort",
"tsx_async_abort_ssb",
"virt-ssbd",
"virt-ssbd-clear-on-vm-entry",
"virt-ssbd-no",
"amd-ssbd",
"amd-ssbd-clear-on-vm-entry",
"amd-ssbd-no",
"amd-uninitialized_vmbr",
"tsx_force_abort",
"mpx",
"eagerfpu",
"amd_e400",
"leaftouch",
};
u32 eflags;
setup_force_cpu_bug(X86_BUG_F00F);
/* Only check CPU bugs if the user allows it */
if (cpu_bug_enabled || (boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_AMD &&
boot_cpu_data.x86_vendor != X86_VENDOR_HYGON))
check_bugs_cpu();
/* Only check MDS if SSBD is not catching MDS */
if (mds_no=mds_no_cpu())
pr_info("Mitigation: Clear CPU buffers; SMT vulnerable\n");
}
3.3 init_IRQ()
init_IRQ()函数是Booting分支的第三个子分支，它是内核的中断子系统初始化函数。在这个函数中，会对系统中的所有中断进行初始化、注册和分配，建立中断控制器与设备的联系，并设置中断控制器硬件的一些寄存器等。
在系统运行过程中，各种设备和软件都可以向处理器发出中断请求，它们会通过中断控制器按照优先级顺序被递交到CPU执行。因此，中断控制器的正确初始化对整个系统的稳定性和正确性都非常重要。
void init_IRQ(void)
{
int i;
/* Hardware setup... through the hardware specific asm code */
init_ISA_irqs();
/* Search the table looking for paravirtualized or fake IRQs */
for (i = 0; i < NR_IRQ_VECTORS; i++)
if (!vector_is_real(i))
arch_local_irq_disable();
user_defined_bustype_init();
if (!handle_irq)
panic("%s: No irq handler for vector\n", __func__);
/* Set up the timer interrupt */
if (arch_initcall_has_run)
bind_cpu(CPU_MASK_ALL);
timer_interrupt_init();
arch_initcall(call_do_IRQ); // 调用call_do_IRQ函数
}
3.4 init_timers()
init_timers()函数是Booting分支的第四个子分支，它主要负责系统的时间管理。在这个函数中，会对定时器进行初始化，包括硬件时钟的设置、时钟中断的分配和注册、时钟分辨率的调整等。
系统时间的准确性和稳定性对于一些关键应用程序非常重要，包括网络通信、日志记录、文件时间戳等。因此，在系统中对时间管理的优化和改进是非常必要的。
void __init init_timers(void)
{
#ifdef CONFIG_HZ_PERIODIC
early_boot_irqs_disabled = 1;
#endif
tick_check_broadcast_init(); // 调用tick_check_broadcast_init函数
init_hrtimers(); // 调用init_hrtimers函数
tick_setup_sched_timer(); // 调用tick_setup_sched_timer函数
clocksource_done_booting(); // 调用clocksource_done_booting函数
}
3.5 console_init()
console_init()函数是Booting分支的第五个子分支，它主要是初始化系统控制台，为系统的输出和输入提供支持。在这个函数中，会初始化与系统控制台相关的一些重要数据结构和变量，比如虚拟终端、键鼠输入、串口和显示器等。
系统控制台可以使用户能够与系统进行交互和调试。一些命令行界面的工具，比如Boot Loader、Shell，都需要在控制台上进行输入和输出。因此，控制台初始化是整个系统Booting分支中最重要的一部分。
int __init console_init(void)
{
if (early_boot_irqs_disabled)
local_irq_enable();
#ifndef MODULE
con_init();
#endif
if (!uart_console()) {
if (!vc_cons_allocated())
goto no_console;
vc_init();
}
prandom_seed(state, sizeof(state));
if (register_console(&dummy_console))
panic("Couldn't register console");
return 0;
no_console:
pr_emerg("No consoles found, booting without console\n");
return 1;
}
3.6 init_post()
init_post()函数是Booting分支的最后一个子分支，它主要是对最初的系统进程——init进程进行初始化，并将其放入进程调度队列中。在这个函数中，还会进行一些内存回收、系统优化和异常处理等。
init进程是整个Linux系统中最重要的进程之一，它是由内核启动后自动创建的第一个用户空间进程，并负责系统进程的初始化和启动。因此，它的正确初始化和运行非常重要。
void __init init_post(void)
{
if (x86_cpu_init.acpi.probe_roms)
drm_pci_init();
device_init();
process_init(); // 进程初始化
init_IRQ();
/* Compute various values based on the CPU topology */
topology_init();
rcu_init();
notifier_init();
prandom_seed_state(state, sizeof(state));
perf_event_init();
task_rq_lock_wait_init();
uv_nmi_init();
init_fair_sched();
init_cgroup_subsys();
softirq_init();
timekeeping_init();
profile_init();
atomics_init();
printk_safe_init();
panic_later_init();
pid_max = PID_MAX_DEFAULT;
init_workqueues();
init_idle_bootup_task(current);
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND |
CLONE_KERNEL | SIGCHLD); // 创建内核线程
}
总结
通过以上对Linux系统启动过程中Booting分支的介绍，我们可以了解到在Linux系统初始化过程中，Booting分支的重要性。Booting分支通过多个子分支，从硬件系统平台、中断处理、时钟管理、控制台输出、进程创建等多个方面进行了细致的系统配置和初始化，为后续用户任务的运行提供了非常坚实的基础。
当然，这里仅是对Booting分支的粗略浅析，还有许多细节问题需要进一步深入研究和讨论。