當Power on PC時，BIOS的代碼開始執行，然后是Linux初始化的代碼，這其中大約很長一段時間Linux都沒有進程這一概念，但是這不影響CPU執行它的二進制代碼。如果不是多任務以及進程調度的需要，Linux內核可以一直這樣走下去

但是因為多任務的需求，Linux必須能支持任務這一特性，任務即進程，或者更簡單地說由task_struct對象實例所代表的一段代碼的集合，用以完成特定的任務。所以Linux內核初始化過程中必須為進程以及進程調度做準備

追蹤操作系統 內核態 的初始化過程，從 init/main.c 中的 start_kernel() 開始

使用gdb跟蹤調試內核

qemu?-kernel?linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -S -s

# 關于-S和-s選項的說明：
# -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# -s shorthand for -gdb tcp::1234
# 若不想使用1234端口，則可以使用-gdb tcp:xxxx來取代-s選項

使用gdb跟蹤調試內核

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gdb
? (gdb) file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加載符號表
? (gdb) target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之間的連接，按c讓qemu上的Linux繼續運行
? (gdb) break start_kernel # 斷點的設置可以在target remote之前，也可以在之后

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詳細分析從start_kernel到init進程啟動的過程

start_kernel()????? /linux-3.18.6/init/main.c（500行）

start_kernel()是內核的匯編與C語言的交接點，在該函數以前，內核的代碼都是用匯編寫的，完成一些最基本的初始化與環境設置工作，比如內核代碼載入內存并解壓縮（現在的內核一般都經過壓縮），CPU的最基本初始化，為C代碼的運行設置環境（C代碼的運行是有一定環境要求的，比如stack的設置等，具體見 C語言函數調用堆棧框架?）

start_kernel()

全局變量init_task，即手工創建的（0號進程的）PCB，0號進程即最終的idle進程

全局變量init_task

init_task進程在Linux中屬于一個比較特殊的進程，它是內核開發者人為制造出來的，而不是其他進程通過do_fork來完成，init_task進程的內核棧通過靜態方式分配

所有的模塊在初始化的時候都是通過調用 start_kernel() 進行初始化，例如中斷模塊（trap_init）、內存管理模塊（mm_init）、調度模塊（sched_init）等等，研究特定的內核的模塊，都需要了解 main.c 中的 start_kernel()，不管分析內核的哪一部分都會涉及到 start_kernel()

trap_init()????? /linux-3.18.6/arch/x86/kernel/traps.c（792行）

涉及一些中斷，初始化一些中斷向量

trap_init()

set_intr_gate，設置了很多中斷門

set_intr_gate，設置了很多中斷門

set_system_trap_gate，設置系統陷阱門，系統調用

set_system_trap_gate，設置系統陷阱門，系統調用

分析中斷的時候也主要是分析系統調用，因為硬件中斷不好模擬，而系統調用也是一種中斷，和中斷的機制是一樣的，它只是用指令的方式來觸發一個中斷

Linux在無進程概念的情況下將一直從初始化部分的代碼執行到start_kernel()，在start_kernel()中Linux將完成整個系統的內核初始化。內核初始化的最后一步就是調用rest_init()，啟動init進程這個所有進程的祖先

rest_init()：Linux內核初始化的尾聲

從rest_init開始，Linux開始產生進程，因為init_task是靜態制造出來的，pid=0，它試圖將從最早的匯編代碼一直到start_kernel的執行都納入到init_task進程上下文中。在rest_init函數中，內核將通過下面的代碼產生第一個真正的進程(pid=1)：

rest_init()：Linux內核初始化的尾聲

kernel_thread()：創建一個內核線程，實際上就是內核進程，Linux內核是不支持類似Windows NT一樣的線程概念的。Linux本質上只支持進程。這里的kernel_init只是一個函數

kernel_init()：會通過調用do_execve來執行根文件系統下的/sbin/init文件（所以此前根文件系統必須已經就緒），do_execve對用戶空間程序/sbin/init的調用發起自int $0x80，這是個從內核空間發起的系統調用

kernel_init()

運行init程序

run_init_process()

run_init_process()：實際上是通過嵌入匯編構建一個類似用戶態代碼一樣的do_execve()調用，其參數就是要執行的可執行文件名，也就是這里的init進程在磁盤上的文件

這里的run_init_process就是通過execve()來運行init程序。這里首先運行“/sbin/init”，如果失敗再運行“/etc/init”，然后是 “/bin/init”，然后是“/bin/sh”（也就是說，init可執行文件可以放在上面代碼中尋找的4個目錄中都可以），如果都失敗，則可以通過在系統啟動時再添加的啟動參數來指定init，比如init=/home/rootfs/init。這里是內核初始化結束并開始用戶態初始化的陰陽界

init進程是Linux系統的第一個用戶態進程，為1號進程，沒有父進程，由Linux內核直接啟動

接下來還創建了一個kthreadd內核線程，來管理系統的資源

創建了一個kthreadd內核線程

此時init_task的任務基本上已經完全結束了，它將淪落為一個idle task，事實上在更早前的sched_init()函數中，通過init_idle(current, smp_processor_id())函數的調用就已經把init_task初始化成了一個idle task，init_idle函數的第一個參數current就是&init_task，在init_idle中將會把init_task加入到cpu的運行隊列中，這樣當運行隊列中沒有別的就緒進程時，init_task（也就是idle task）將會被調用，它的核心是一個while(1)循環，在循環中它將會調用schedule函數以便在運行隊列中有新進程加入時切換到該新進程上

Summary：

內核啟動過程包括start_kernel之前和之后，之前全部是做初始化的匯編指令（硬件平臺相關），之后開始C代碼的操作系統初始化（硬件平臺無關），最后執行第一個用戶態進程init

結合中國傳統文化的角度看，道生一（start_kernel....cpu_idle），一生二（kernel_init和kthreadd），二生三（即前面0、1和2三個進程），三生萬物（1號進程是所有用戶態進程的祖先，2號進程是所有內核線程的祖先）

（完）