Kernel怎么跳转到Android：linux与安卓的交界

上一篇写了Uboot怎么到Linux kernel，这一章来看看linux kernel怎么到Android的。

虽然是零零碎碎的学习了一些关于Linux的知识，但是对于这个部分基本上没有站在系统的角度去看过。

1、前言

kernel的启动主要分为两个阶段。

1、阶段一

从入口跳转到start_kernel之前的阶段。

对应代码arch/arm/kernel/head.S中stext的实现：

ENTRY(stext)
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• 这个阶段主要由汇编语言实现。
• 这个阶段主要负责MMU打开之前的一些操作，以及打开MMU的操作。
• 由于这个阶段MMU还没有打开，并且kernel加载地址和连接地址并一致，所以需要使用位置无关设计。在运行过程中运行地址和加载地址一致（如果不明白的话建议先参考一下《[kernel 启动流程] 前篇——vmlinux.lds分析》）。

(上一篇从uboot到kernel的地方，讲了kernel启动后的几个阶段，停在start_kernel部分)

2、阶段二

start_kernel开始的阶段。

2、正题-kernel-uboot

Android生在linux内核基础上，linux内核启动的最后一步，一定是启动的android的进程。

然后我们也知道了内核启动分为三个阶段，

• 第一二是运行head.S文件和head-common.S，
• 第三个阶段是允许第二是运行main.c文件。

对于ARM的处理器，内核第一个启动的文件是arc/arm/kernel下面的head.S文件。、

当然arc/arm/boot/compress下面 也有这个文件，这个文件和上面的文件略有不同，当要生成压缩的内核时zImage时，启动的是后者，后者与前者不同的是：它前面的代码是做自解压的，后面的代码都相同。

我们这里这分析arc/arm/kernel下面的head.S文件。当head.S所作的工作完成后它会跳到init/目录下跌的 main.c的start_kernel函数开始执行。

因为我们要研究的是过渡阶段，而不是整个启动流程。（后面会研究的。）这里直接看第三个–start_kernel阶段。

asmlinkage void __init start_kernel(void)  
{  
       …………………….  
       ……………………..  
       printk(KERN_NOTICE);  
       printk(linux_banner);  
       setup_arch(&command_line);  
       setup_command_line(command_line);  
        
        
       parse_early_param();  
       parse_args("Booting kernel",static_command_line, __start___param,  
                __stop___param - __start___param,  
                &unknown_bootoption);  
……………………  
…………………………        
       init_IRQ();  
       pidhash_init();  
       init_timers();  
       hrtimers_init();  
       softirq_init();  
       timekeeping_init();  
       time_init();  
       profile_init();  
…………………………  
……………………………  
       console_init();  
………………………………  
………………………………  
       rest_init();  
}  

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从上面可以看出start_kernel首先是打印内核信息，然后对bootloader传进来的一些参数进行处理，再接着执行各种各样的初始化，在这其中会初始化控制台。最后会调用rest_init();

我们再来看rest_init()函数

static void noinline __init_refok rest_init(void)  
    __releases(kernel_lock)  
{  
    int pid;  
  
    kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);  
    ............      
}
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他启动了kernel_init这个函数，再来看kerne_init函数

static int __init kernel_init(void * unused)  
{  
    ..............................  
  
    if (!ramdisk_execute_command)  
        ramdisk_execute_command = "/init";  
  
    if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {  
        ramdisk_execute_command = NULL;  
        prepare_namespace();  
    }  
  
    /*  
     * Ok, we have completed the initial bootup, and  
     * we're essentially up and running. Get rid of the  
     * initmem segments and start the user-mode stuff..  
     */  
    init_post();  
    return 0;  
}  
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kernel_init先调用了prepare_namespace();然后调用了init_post函数

void __init prepare_namespace(void)  
{  
    ..........................  
    mount_root();  
    .....................  
}  
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可以看出prepare_namespace调用了mount_root挂接根文件系统。接着kernel_init再执行init_post

static int noinline init_post(void)  
{  
    .......................................  
    /*打开dev/console控制台，并设置为标准输入、输出*/  
          
    if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)  
        printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");  
  
    (void) sys_dup(0);  
    (void) sys_dup(0);  
  
    if (ramdisk_execute_command) {  
        run_init_process(ramdisk_execute_command);  
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s\n",  
                ramdisk_execute_command);  
    }  
  
    /*  
     * We try each of these until one succeeds.  
     *  
     * The Bourne shell can be used instead of init if we are  
     * trying to recover a really broken machine.  
     */  
  
    //如果bootloader指定了init参数，则启动init参数指定的进程  
    if (execute_command) {  
        run_init_process(execute_command);  
        printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s.  Attempting "  
                    "defaults...\n", execute_command);  
    }  
  
    //如果没有指定init参数，则分别带sbin、etc、bin目录下启动init进程  
    run_init_process("/sbin/init");  
    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.");  
}  
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注意上面的run_init_process的会等待init进程返回才往后面执行，所有它一旦找到一个init可执行的文件它将一去不复返。

综上，内核启动的过程大致为以下几步：

• 1.检查CPU和机器类型

• 2.进行堆栈、MMU等其他程序运行关键的东西进行初始化

• 3.打印内核信息

• 4.执行各种模块的初始化

• 5.挂接根文件系统

• 6.启动第一个init进程

• 7.android启动

说明一

总结一个图：kernel 到android核心启动过程

kernel镜像执行跳转到start_kernel开始执行，在rest_init会创建两个kernel 进程（线程），其分别是为kernel_init 与kthreadd，创建完后系统通过init_idle_bootup_task蜕化为idle进程（cpu_idle）。

调用kernel_thread()创建1号内核线程, 该线程随后转向用户空间, 演变为init进程

调用kernel_thread()创建kthreadd内核线程。

• init_idle_bootup_task()：当前0号进程init_task最终会退化成idle进程，所以这里调用init_idle_bootup_task()函数，让init_task进程隶属到idle调度类中。即选择idle的调度相关函数。

• 调用cpu_idle()，0号线程进入idle函数的循环，在该循环中会周期性地检查

• kernel_init 中会执行/init（ramdisk_execute_command的值为"/init"）

/init 启动后执行/system/core/init/main.cpp 中main 方法，这里执行FirstStageMain()

(看看这到了哪里？这到了咱们的的AVB那个地方啊)

FirstStageMain()中通过execv 执行/system/bin/init，参数为selinux_setup。这里init 跟/init 一样，因此再次执行init 镜像。

这里如果是重启到bootloader，会执行InstallRebootSignalHandlers

SetupSelinux 中再次执行init，这里会注册信号处理函数

从而参数second_stage，执行SecondStageMain ，在这里解析.rc ，启动ueventd，并等待其启动完成。

init 镜像通过execv会执行两次，分别通过FirstStageMain和SecondStageMain执行。

Zygote是Android系统创建新进程的核心进程，

• 负责启动Dalvik虚拟机，
• 加载一些必要的系统资源和系统类，
• 启动system_server进程，
• 随后进入等待处理app应用请求。

到这里我们就暂时停下，别走远了。

芯片上电到Android

总结一下整个流程

• 第一步：手机开机后，引导芯片启动，引导芯片开始从固化在ROM里的预设代码执行，加载引导程序到到RAM，bootloader检查RAM，初始化硬件参数等功能；

• 第二步：硬件等参数初始化完成后，进入到Kernel层，Kernel层主要加载一些硬件设备驱动，初始化进程管理等操作。在Kernel中首先启动swapper进程（pid=0），用于初始化进程管理、内管管理、加载Driver等操作，再启动kthread进程(pid=2),这些linux系统的内核进程，kthread是所有内核进程的鼻祖；

• 第三步：Kernel层加载完毕后，硬件设备驱动与HAL层进行交互。初始化进程管理等操作会启动INIT进程 ，这些在Native层中；

• 第四步：init进程(pid=1，init进程是所有进程的鼻祖，第一个启动)启动后，会启动adbd，logd等用户守护进程，并且会启动servicemanager(binder服务管家)等重要服务，同时孵化出zygote进程，这里属于C++ Framework，代码为C++程序；

• 第五步：zygote进程是由init进程解析init.rc文件后fork生成，它会加载虚拟机，启动System Server(zygote孵化的第一个进程)；System Server负责启动和管理整个Java Framework，包含ActivityManager，WindowManager，PackageManager，PowerManager等服务；

• 第六步：zygote同时会启动相关的APP进程，它启动的第一个APP进程为Launcher，然后启动Email，SMS等进程，所有的APP进程都由zygote fork生成。

那么到这里我们就把整个系统的启动串联起来了从bootrom-bootloader-kernel。

当然真实的系统为了安全，比如说基于ARM框架的，那肯定不止这些步骤，但是大体上也是穿插在这个流程之中的。

这个跳转系列真的蛮有意思，持续做下去。感谢前辈们的优秀blog。

参考资料：

• https://blog.csdn.net/yiranfeng/article/details/103549394
• https://www.cnblogs.com/littleboy123/p/13208179.html
• https://www.cnblogs.com/hzl6255/p/12142762.html
• https://blog.csdn.net/lei7143/article/details/114269707
• https://www.cnblogs.com/linucos/archive/2012/05/21/2511619.html