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第一部分 ARM Linux内核——分析内核前需要做的准备2

第1章 内核介绍及2.6版和3.2版之间的差异2

1.1 内核的诞生、作用以及内部结构2

1.1.1 Linus创造的Linux2

1.1.2 由多种子系统集成运行的单内核3

1.1.3 全世界最著名的通用操作系统5

1.2 内核2.6版和3.2版之间的差异5

第2章 内核构建系统8

2.1 内核初始化8

2.2 内核配置9

2.3 内核构建11

2.4 内核安装17

第3章 了解ARM处理器19

3.1 处理器概要和特征19

3.2 处理器架构与核心19

3.3 处理器命名规则21

3.4 处理器内部结构21

3.5 处理器模式和寄存器23

3.6 处理器异常25

3.7 硬件扩展功能26

3.7.1 缓存26

3.7.2 内存管理装置26

3.7.3 协处理器26

第4章 构建分析环境28

4.1 下载并安装Linux源内核28

4.1.1 下载源内核28

4.1.2 安装源内核30

4.2 安装ctags＋cscope31

4.2.1 用ctags制作源代码标签31

4.2.2 制作cscope标签数据库33

4.3 vim插件下载及环境设置34

4.3.1 下载vim插件34

4.3.2 vim＋plugin的环境结构37

4.3.3 vim环境设置38

4.4 查看源码分析环境工具40

第二部分 内核的启动——start_kernel调用方法48

第5章 准备解压内核48

5.1 进入启动加载后结束首个启动——start标签49

5.2 BSS系统域初始化——not relocated标签50

5.3 激活缓存——cache on标签53

5.4 页目录项初始化——setup mmu标签56

5.5 指令缓存激活及缓存策略适用——common mmu cache on标签58

第6章 从压缩的内核zlmage还原内核映像60

6.1 解压内核并避免覆写——wont_overwrite、decompress_kernel标签61

6.2 调用已解压内核——call kernel标签62

6.3 缓存清理及清除——cache clean flush标签62

6.4 缓存禁用——cache off标签64

第7章 调用start_kernel()65

7.1 初始化指向——stext标签65

7.2 处理器信息搜寻——_look_processor_type69

7.2.1 __lookup_processor_type标签69

7.2.2 __proc_info_begin和__proc_info_end中保存的信息71

7.2.3 在MMU禁用状态下将虚拟地址转换为物理地址73

7.2.4 查找proc info list结构体并比较处理器信息74

7.3 搜寻我的机型——__lookup_machine_type75

7.3.1 __lookup machine_type标签75

7.3.2 保存在__arch_info_begin和__arch_info_end中的machine_desc信息及访问路径76

7.3.3 查找machine desc结构体并比较机器信息77

7.4 源自启动加载项的atags——__vet_atags标签78

7.5 对虚拟内存进行基础创建——__create_page_tables标签81

7.6 设置核心（core）——v6_setup标签85

7.7 打开MMU并使用用虚拟地址——__enable_mmu/turn_mmu_on标签86

7.8 跳转至start kernel——__mmap_switched标签90

第三部分 内核的执行——内核的起始与结束位置94

第8章 start_setup_processor_id()～lock_kernel()94

8.1 smp_setup_processor_id()、lockdep_init()、debug_objects early_init()95

8.1.1 smp_setup_processor_id()95

8.1.2 lockdep_init()95

8.1.3 debug_objects_early_init()96

8.2 栈溢出感应——__boot_init_stack_canary98

8.3 初始化提供进程集成方法的cgroup——_cgroup_init_early()98

8.3 1 cgroupfs_root和cgroup的关联初始化——init_cgroup_root()102

8.3.2 初始化子系统——cgroup_init_subsys()103

8.4 禁用IRQ104

8.5 early_boot_irqs_off()、early_init…irq lock_class()104

8.6 大内核锁——lock_kernel()106

第9章 注册针对时钟事件的处理器111

9.1 函数的声明和定义——tick_init()111

9.2 注册处理事件的处理器——_clockevents_register_notifier()113

9.2.1 为clockevents_lock添加自旋锁114

9.2.2 clockevents_chain生成原理115

9.2.3 在clockevents_chain中注册tick_notifier的方法116

9.2.4 对clockevents_lock解除自旋锁的原理117

第10章 在CPU位图中注册当前运行CPU／初始化HIGHMEM管理119

10.1 在包含热插拔信息的位图上添加执行init_task的CPU——boot_cpu_init()119

10.2 管理高端内存——page_address_init()121

第11章 整体指向——setup_arch123

第12章 unwind_init()～early_trap_init()126

12.1 栈回溯——unwind_init()126

12.2 求出包含机器信息的 machine_desc结构体——setup machine()126

12.3 处理ATAG信息——sctup arch()127

12.4 处理启动参数——parse_cmdline()129

12.5 构建源代码树——request_standard_resources()131

12.6 初始化cpu possible位图——smp_init_cpus()136

12.7 用栈指定各ARM异常模式——cpu_init()137

12.8 初始化以处理异常——early_trap_init()138

12.9 查看中断处理器函数143

12.9.1 调用IRQ处理器——asm_do_IRQ()147

12.9.2 返回中断之前——ret_to_user标签147

第13章 设置处理器——setup_processor()150

13.1 查看setup processor()结构150

13.2 查找CPU ID——read_cpuid_id()151

13.3 查找处理器信息lookup_processor_type()153

13.4 查找处理器结构信息——cpu_architecture()153

13.5 查找处理器缓存类型cacheid init()156

13.6 调用处理器初始化函数——cpu proc init()160

第14章 准备内存分页——paging_init()163

14.1 查看paging_init()的整体结构163

14.2 设置内存类型表——build_mem_type_table()165

14.3 检验内存信息——sanity_check_meminfo()166

14.4 准备页表——prcpare_page_table()168

14.4.1 prepare_page_table()168

14.4.2 Linux的分页结构170

14.4.3 求出页目录项170

14.4.4 pmd_clear()172

14.5 设备区域映射准备——devicemaps_init()174

14.6 准备使用高端内存——kmap init()177

14.7 初始化零页178

14.7.1 分配内存——alloc bootmem nopanic()179

14.7.2 在指定节点使用fallback分配内存——alloc bootmem core180

14.7.3 将虚拟地址变换为page结构体——virt_to_page182

14.8 保持数据缓存一致性——flush_dcache_page()182

第15章 在启动时初始化内存分配器184

15.1 bootmem函数流和数据结构185

15.2 查看bootmem_init()结构188

15.3 查找虚拟内存盘位置——cheek_initrd()189

15.4 将节点的BANK 信息反映到页目录——bootmem_init_node()191

15.4.1 map memory_bank()192

15.4.2 bootrmem bootmap_pages()195

15.4.3 find_bootmap_pfn()196

15.4.4 node_set_online()197

15.4.5 NODE_DATA宏198

15.4.6 init_bootmem_node()200

15.4.7 free_bootmem_node()202

15.4.8 reserve_bootmem_node()202

15.5 排除0号节点——reserve_node_zero()203

15.6 排除虚拟内存盘节点——bootmem_reserve_initrd()204

15.7 设置为无可用页——bootmem_free_node()205

15.8 初始化free_area区域207

15.8.1 free_area结构体207

15.8.2 free_area_init_node()208

15.8.3 free_area_init_core()209

15.8.4 init_currently_empty_zone()211

15.8.5 memmap_init()212

第16章 mm_init_owner()～preempt_disable()217

16.1 设置内存拥有者——mm_init_owner()217

16.2 保存命令行——setup_command_line()218

16.3 初始化per-cpu数据——setup_per_cpu_areas()219

16.4 求CPU个数——setup_nr_cpu_ids()221

16.5 注册SMP上的启动进程——smp_prepare_boot_cpu()222

16.6 初始化数据结构以使用调度程序——sched_init()224

16.6.1 为集合调度中使用的task_group的sched_entity结构体和runqueue结构体分配内存224

16.6.2 初始化root domain、rt bandwidth、task group相关数据结构227

16.6.3 初始化系统上所有可用CPU的就绪队列229

16.6.4 初始化当前任务的调度相关值与注册针对负载均衡的中断处理器230

16.7 允许内核抢占和阻止抢占——preempt_enable()/preempt_disable()231

第17章 构建借用内存的后台233

17.1 在 build_all_zonelists()中操作的一些数据结构233

17.2 查看build_all _zonelists()结构235

17.3 决定zone的列表方式——set_zonelist_order()236

17.4 构建备用列表和备用位图——__build_all_zonelists()238

17.4.1 build_zonelists()239

17.4.2 build_zonelist_in_node_order()241

17.4.3 build_zonelists_in_zone_order()243

17.4.4 build_thisnode_zonclists()244

17.4.5 build_zonelists_cache()_244

17.5 输出备用列表信息——mminit_verify_zonelist()246

17.6 指定处理页分配请求的节点——cpuset_init_current_mems_allowed()246

17.7 求空页数——nr_free_pagecache_pages()247

17.8 页移动性250

第18章 page_alloc_init()～pidhash_init()253

18.1 处理用于热插拔CPU的页——page alloc init()253

18.2 处理console参数——parse_early_param()255

18.3 处理特殊参数——parse_args()257

18.4 确认中断处理是否激活——irqs_disable()260

18.5 内核异常列表定义——sort_main_extable()261

18.6 初始化RCU机制——rcu_init()263

18.7 准备使用IRQ——early_irq_init()266

18.8 初始化中断——init_IRQ()269

18.9 构建迅速搜寻进程信息的结构——pidhasn_init()271

第19章 init_timers()～page_cgroup_init()273

19.1 初始化计时器——init_timers()274

19.1.1 timers_cpu_notify()275

19.1.2 register_cpu_notifier()275

19.1.3 open_softirq()276

19.2 初始化高分辨率计时器——hrtimers_init()277

19.3 注册softirq的回调函数——softirq_init()280

19.4 设置xtime——timekeeping_init()282

19.5 初始化硬件计时器——time_init()285

19.6 初始化时钟时间——sched_clock_init()286

19.7 激活CPU的中断处理——local_irq_enable()288

19.8 检测用作根文件系统的init虚拟内存盘288

19.9 初始化以分配动态内存——vmalloc_init()289

19.10 预先初始化目录项和索引节点缓存——vfs_caches_init_early()290

19.11 初始化cpuset子系统——cpus_et_init_early()293

19.12 初始化内存子系统——page_cgroup_init()294

第20章 终止bootmem分配器并替换为伙伴系统297

20.1 mem_init()函数的调用关系及其与数据结构的相互关系297

20.2 查看mem_init()结构298

20.3 记录到不存在的内存位图——free_unused_memmap_node()300

20.4 移交至普通空白页伙伴系统——free_all_bootmem_node()301

20.4.1 register_page_bootmem_in_fonode()301

20.4.2 free_all_bootmem_core()303

20.4.3 __free_pages_bootmem()305

20.4.4 __free_pages()308

20.4.5 free_hot_cold_page()308

20.4.6 __free_pages_ok()309

20.5 移交到高端内存空白页伙伴系统——free area()314

第21章 初始化以支持CPU热插拔315

21.1 初始化cpu_hotplug成员变量——cpu_hotplug_init()315

21.2 CPU的联机→脱机转换处理316

第22章 激活slab内存分配器——kmem_cache_init()318

22.1 slab分配器的概念及结构体318

22.2 slab分配器的重要结构体——kmem_cache和kmem_list3319

22.3 查看kmem_cache_init()结构322

22.4 初始化initkmem list3[]、cache cache、nodelist[]326

22.5 连接kmem_list3数组并决定cache压缩时间——set_up_list3s()328

22.6 求出用于cache扩展／压缩的页顺序——cache_estimate()329

22.7 malloc_sizes和cache_names332

22.8 生成cache——kmem_cache_create()334

22.8.1 kmem_cache_zalloc()336

22.8.2 calculate_slab_order()337

22.8.3 setup_cpu_cache()337

22.8.4 enable_cpucache()339

22.9 生成arraycache_init，kmem_list3 cache340

22.10 用kmalloc()函数分配的内存替代静态分配的内存342

第23章 kmem_trace_init()～security_init()344

23.1 生成ID alloccator缓存——idr init cache()345

23.2 初始化pageset——setup_per_cpu_pageset()345

23.3 指定交叉节点——numa_policy_init()350

23.4 结束计时器初始化——late time init()353

23.5 测定BogoMIPS——calibrate_delay()353

23.6 制作位图以分配进程识别符（ID)——pidmap init()354

23.7 初始化优先树的数据结构——prio_tree_init()356

23.8 生成anon_vma_slab缓存——anon_vma_init()356

23.9 为对象的每个用户赋予资格——cred_init()357

23.10 初始化数据结构以使用fork()函数——fork_init()358

23.11 初始化生成进程的缓存——proc_caches_init()359

23.12 初始化缓冲缓存——buffer_init()361

23.13 准备密钥——key_init()364

第24章 初始化VFS中使用的多种缓存——vfs_cache_init()367

第25章 radix_tree_init()～ftrace_init()382

25.1 基数树相关数据结构初始化——radix_tree_init()383

25.2 准备使用信号——signals_init()383

25.3 注册并挂载proc文件系统——proc_root_init()384

25.4 注册未能初始化的子系统——cgroup_init()385

25.5 重置top_cpuset并注册cpuset文件系统——cpuset_init()386

25.6 初始化任务统计信息接口——delayacct_init()387

25.7 为管理延迟信息做准备——delayacct_init()388

25.7.1 延迟审计388

25.7.2 delayacct_init389

25.7.3 task_delay_info结构体和delayacct_tsk_init()390

25.8 检查写缓冲一致性——check_bugs()392

第26章 同步内存与后备存储——page write back394

26.1 页回写机制394

26.2 激活页回写——pdflush_init()395

26.3 pdflush线程397

26.4 指定页回写函数398

26.5 周期性页回写和强制性页回写回调函数调用方法399

26.5.1 周期性页回写函数——wb_kupdate()399

26.5.2 强制性页回写函数——background_writeout()401

26.6 初始化周期性页回写403

第27章 查看启动内核的最终函数结构——rest_init()405

第28章 生成执行函数的内核线程——kernel_thread()407

28.1 查看kernel thread()结构407

28.2 生成处理器的网关——do fork()408

28.3 复制父进程——copy_process()411

第29章 唤醒新生成的任务419

29.1 查看wake up new task结构419

29.2 获取任务的就绪队列——task_rq_lock()421

29.3 改善任务的优先顺序——effective_prio()422

第30章 准备使用内核426

30.1 将当前进程转移到其他CPU——sched_init_smp()427

30.2 结束系统整体初始化——do_basic_setup()429

30.2.1 生成执行rcu_sched_grace_period()的线程——rcu_init_sched()430

30.2.2 生成events工作队列——init_workqueues430

30.2.3 初始化cpuset子系统的top_cpuset——cpuset_init smp()437

30.2.4 生成khelper工作队列——usermodehelper_init()437

30.2.5 初始化Linux的设备模型——driver_init()439

30.2.6 在proc文件系统注册irq信息——init_irq_proc()446

30.2.7 调用内核未知子系统——do_initcalls()448

30.3 为初始化之后的操作做准备——init_post()451

第31章 内核线程守护进程453

31.1 内核线程守护进程——kthreadd()453

31.2 忽略信号——ignore_signals()456

31.3 设置nice值——set_user_nice()458

31.4 搜索执行任务的CPU——set_cpus_allowed_prt()463

31.5 搜索包含列表的实际结构体位置——list_entry()464

31.6 生成内核线程——create kthread()466

第32章 find_task_by_pid_ns()～cpu_idle()469

32.1 用PID搜索任务——find_task_by_pid_ns()470

32.2 解除BKL unlock kernel()472

32.3 将调度类变更为idle——init_idle_bootup_task()473

32.4 RCU机制激活完成通知——rcu_scheduler_starting()473

32.5 激活内核抢占——preempt_enable_no_resched()473

32.6 执行进程调度表——schedule()474

32.7 Linux启动万里长征的终点——cpu_idle()476

附录480

附录A 汇编语言、gas关键词总结480

附录B 内核分析常见API485

附录C 浅谈ext2文件系统487

附录D Linux线程模型497

附录E 链接器脚本文件结构500

后记510

索引513