ARM Linux内核源码剖析

第一部分 ARM Linux内核——分析内核前需要做的准备

第1章 内核介绍及2．6版和3．2版之间的差异

1．1 内核的诞生、作用以及内部结构

1．1．1 Linus创造的Linux

1．1．2 由多种子系统集成运行的单内核

1．1．3 全世界最著名的通用操作系统

1．2 内核2．6版和3．2版之间的差异

第2章 内核构建系统

2．1 内核初始化

2．2 内核配置

2．3 内核构建

2．4 内核安装

第3章 了解ARM处理器

3．1 处理器概要和特征

3．2 处理器架构与核心

3．3 处理器命名规则

3．4 处理器内部结构

3．5 处理器模式和寄存器

3．6 处理器异常

3．7 硬件扩展功能

3．7．1 缓存

3．7．2 内存管理装置

3．7．3 协处理器

第4章 构建分析环境

4．1 下载并安装Linux源内核

4．1．1 下载源内核

4．1．2 安装源内核

4．2 安装ctags+cscope

4．2．1 用ctags制作源代码标签

4．2．2 制作cscope标签数据库

4．3 vim插件下载及环境设置

4．3．1 下载vim插件

4．3．2 vim+plugin的环境结构

4．3．3 vim环境设置

4．4 查看源码分析环境工具

第二部分 内核的启动——start_kernel调用方法

第5章 准备解压内核

5．1 进入启动加载后结束首个启动——start标签

5．2 BSS系统域初始化——not_relocated标签

5．3 激活缓存——cache_on标签

5．4 页目录项初始化——__setup_mmu标签

5．5 指令缓存激活及缓存策略适用——__common_mmu_cache_on标签

第6章 从压缩的内核zImage还原内核映像

6．1 解压内核并避免覆写——wont_overwrite、decompress_kernel标签

6．2 调用已解压内核——call_kernel标签

6．3 缓存清理及清除——cache_clean_flush标签

6．4 缓存禁用——cache_off标签

第7章 调用start_kernel

7．1 初始化指向——stext标签

7．2 处理器信息搜寻——__look_processor_type

7．2．1 __lookup_processor_type标签

7．2．2 __proc_info_begin和__proc_info_end中保存的信息

7．2．3 在MMU禁用状态下将虚拟地址转换为物理地址

7．2．4 查找proc_info_list结构体并比较处理器信息

7．3 搜寻我的机型——__lookup_machine_type

7．3．1 __lookup_machine_type标签

7．3．2 保存在__arch_info_begin和__arch_info_end中的machine_desc信息及访问路径

7．3．3 查找machine_desc结构体并比较机器信息

7．4 源自启动加载项的atags——__vet_atags标签

7．5 对虚拟内存进行基础创建——__create_page_tables标签

7．6 设置核心（core）——v6_setup标签

7．7 打开MMU并使用虚拟地址——__enable_mmu/__turn_mmu_on标签

7．8 跳转至start_kernel——__mmap_switched 标签

第三部分 内核的执行——内核的起始与结束位置

第8章 start_setup_processor_id~lock_kernel

8．1 smp_setup_processor_id、lockdep_init、debug_objects_early_init

8．1．1 smp_setup_processor_id

8．1．2 lockdep_init

8．1．3 debug_objects_early_init

8．2 栈溢出感应——__boot_init_stack_canary

8．3 初始化提供进程集成方法的cgroup——__cgroup_init_early

8．3．1 cgroupfs_root和cgroup的关联初始化——init_cgroup_root

8．3．2 初始化子系统——cgroup_init_subsys

8．4 禁用IRQ

8．5 early_boot_irqs_off、early_init_irq_lock_class

8．6 大内核锁——lock_kernel

第9章 注册针对时钟事件的处理器

9．1 函数的声明和定义——tick_init

9．2 注册处理事件的处理器——_clockevents_register_notifier

9．2．1 为clockevents_lock添加自旋锁

9．2．2 clockevents_chain生成原理

9．2．3 在clockevents_chain中注册tick_notifier的方法

9．2．4 对clockevents_lock解除自旋锁的原理

第10章 在CPU位图中注册当前运行CPU/初始化HIGHMEM管理

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

10．2 管理高端内存——page_address_init

第11章 整体指向——setup_arch

第12章 unwind_init~early_trap_init

12．1 栈回溯——unwind_init

12．2 求出包含机器信息的machine_desc结构体——setup_machine

12．3 处理ATAG信息——setup_arch

12．4 处理启动参数——parse_cmdline

12．5 构建源代码树——request_standard_resources

12．6 初始化cpu possible位图——smp_init_cpus

12．7 用栈指定各ARM异常模式——cpu_init

12．8 初始化以处理异常——early_trap_init

12．9 查看中断处理器函数

12．9．1 调用IRQ处理器——asm_do_IRQ

12．9．2 返回中断之前——ret_to_user标签

第13章 设置处理器—— setup_processor

13．1 查看setup_processor结构

13．2 查找CPU ID——read_cpuid_id

13．3 查找处理器信息——lookup_processor_type

13．4 查找处理器结构信息——cpu_architecture

13．5 查找处理器缓存类型_cacheid_init

13．6 调用处理器初始化函数——cpu_proc_init

第14章 准备内存分页—— paging_init

14．1 查看paging_init的整体结构

14．2 设置内存类型表——build_mem_type_table

14．3 检验内存信息——sanity_check_meminfo

14．4 准备页表——prepare_page_table

14．4．1 prepare_page_table

14．4．2 Linux的分页结构

14．4．3 求出页目录项

14．4．4 pmd_clear

14．5 设备区域映射准备——devicemaps_init

14．6 准备使用高端内存——kmap_init

14．7 初始化零页

14．7．1 分配内存——__alloc_bootmem_nopanic

14．7．2 在指定节点使用fallback分配内存——alloc_bootmem_core

14．7．3 将虚拟地址变换为page结构体——virt_to_page

14．8 保持数据缓存一致性——flush_dcache_page

第15章 在启动时初始化内存分配器

15．1 bootmem函数流和数据结构

15．2 查看bootmem_init结构

15．3 查找虚拟内存盘位置——check_initrd

15．4 将节点的BANK信息反映到页目录——bootmem_init_node

15．4．1 map_memory_bank

15．4．2 bootmem_bootmap_pages

15．4．3 find_bootmap_pfn

15．4．4 node_set_online

15．4．5 NODE_DATA宏

15．4．6 init_bootmem_node

15．4．7 free_bootmem_node

15．4．8 reserve_bootmem_node

15．5 排除0号节点——reserve_node_zero

15．6 排除虚拟内存盘节点——bootmem_reserve_initrd

15．7 设置为无可用页——bootmem_free_node

15．8 初始化free_area区域

15．8．1 free_area结构体

15．8．2 free_area_init_node

15．8．3 free_area_init_core

15．8．4 init_currently_empty_zone

15．8．5 memmap_init

第16章 mm_init_owner~preempt_disable

16．1 设置内存拥有者——mm_init_owner

16．2 保存命令行——setup_command_line

16．3 初始化per-cpu数据——setup_per_cpu_areas

16．4 求CPU个数——setup_nr_cpu_ids

16．5 注册SMP上的启动进程——smp_prepare_boot_cpu

16．6 初始化数据结构以使用调度程序——sched_init

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

16．6．2 初始化root_domain、rt_bandwidth、task_group相关数据结构

16．6．3 初始化系统上所有可用CPU的就绪队列

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

16．7 允许内核抢占和阻止抢占——preempt_enable/preempt_disable

第17章 构建借用内存的后台

17．1 在build_all_zonelists中操作的一些数据结构

17．2 查看build_all_zonelists结构

17．3 决定zone的列表方式——set_zonelist_order

17．4 构建备用列表和备用位图——__build_all_zonelists

17．4．1 build_zonelists

17．4．2 build_zonelist_in_node_order

17．4．3 build_zonelists_in_zone_order

17．4．4 build_thisnode_zonelists

17．4．5 build_zonelists_cache

17．5 输出备用列表信息——mminit_verify_zonelist

17．6 指定处理页分配请求的节点——cpuset_init_current_mems_allowed

17．7 求空页数——nr_free_pagecache_pages

17．8 页移动性

第18章 page_alloc_init~pidhash_init

18．1 处理用于热插拔CPU的页——page_alloc_init

18．2 处理console参数——parse_early_param

18．3 处理特殊参数——parse_args

18．4 确认中断处理是否激活——irqs_disable

18．5 内核异常列表定义——sort_main_extable

18．6 初始化RCU机制——rcu_init

18．7 准备使用IRQ——early_irq_init

18．8 初始化中断——init_IRQ

18．9 构建迅速搜寻进程信息的结构——pidhash_init

第19章 init_timers~page_cgroup _init

19．1 初始化计时器——init_timers

19．1．1 timers_cpu_notify

19．1．2 register_cpu_notifier

19．1．3 open_softirq

19．2 初始化高分辨率计时器——hrtimers_init

19．3 注册softirq的回调函数——softirq_init

19．4 设置xtime——timekeeping_init

19．5 初始化硬件计时器——time_init

19．6 初始化时钟时间——sched_clock_init

19．7 激活CPU的中断处理——local_irq_enable

19．8 检测用作根文件系统的init虚拟内存盘

19．9 初始化以分配动态内存——vmalloc_init

19．10 预先初始化目录项和索引节点缓存——vfs_caches_init_early

19．11 初始化cpuset子系统——cpuset_init_early

19．12 初始化内存子系统——page_cgroup_init

第20章 终止bootmem分配器并替换为伙伴系统

20．1 mem_init函数的调用关系及其与数据结构的相互关系

20．2 查看mem_init结构

20．3 记录到不存在的内存位图——free_unused_memmap_node

20．4 移交至普通空白页伙伴系统——free_all_bootmem_node

20．4．1 register_page_bootmem_info_node

20．4．2 free_all_bootmem_core

20．4．3 __free_pages_bootmem

20．4．4 __free_pages

20．4．5 free_hot_cold_page

20．4．6 __free_pages_ok

20．5 移交到高端内存空白页伙伴系统——free_area

第21章 初始化以支持CPU热插拔

21．1 初始化cpu_hotplug成员变量——cpu_hotplug_init

21．2 CPU的联机→脱机转换处理

第22章 激活slab内存分配器——kmem_cache_init

22．1 slab分配器的概念及结构体

22．2 slab分配器的重要结构体——kmem_cache和kmem_list3

22．3 查看kmem_cache_init结构

22．4 初始化initkmem_list3〔〕、cache_cache、nodelist〔〕

22．5 连接kmem_list3数组并决定cache压缩时间——set_up_list3s

22．6 求出用于cache扩展/压缩的页顺序——cache_estimate

22．7 malloc_sizes和cache_names

22．8 生成cache——kmem_cache_create

22．8．1 kmem_cache_zalloc

22．8．2 calculate_slab_order

22．8．3 setup_cpu_cache

22．8．4 enable_cpucache

22．9 生成arraycache_init，kmem_list3 cache

22．10 用kmalloc函数分配的内存替代静态分配的内存

第23章 kmem_trace_init~security_init

23．1 生成ID alloccator缓存——idr_init_cache

23．2 初始化pageset——setup_per_cpu_pageset

23．3 指定交叉节点——numa_policy_init

23．4 结束计时器初始化——late_time_init

23．5 测定BogoMIPS——calibrate_delay

23．6 制作位图以分配进程识别符（ID）——pidmap_init

23．7 初始化优先树的数据结构——prio_tree_init

23．8 生成anon_vma slab缓存——anon_vma_init

23．9 为对象的每个用户赋予资格——cred_init

23．10 初始化数据结构以使用fork函数——fork_init

23．11 初始化生成进程的缓存——proc_caches_init

23．12 初始化缓冲缓存——buffer_init

23．13 准备密钥——key_init

第24章 初始化VFS中使用的多种缓存——vfs_cache_init

第25章 radix_tree_init~ftrace_init

25．1 基数树相关数据结构初始化——radix_tree_init

25．2 准备使用信号——signals_init

25．3 注册并挂载proc文件系统——proc_root_init

25．4 注册未能初始化的子系统——cgroup_init

25．5 重置top_cpuset并注册cpuset文件系统——cpuset_init

25．6 初始化任务统计信息接口——delayacct_init

25．7 为管理延迟信息做准备——delayacct_init

25．7．1 延迟审计

25．7．2 delayacct_init

25．7．3 task_delay_info结构体和delayacct_tsk_init

25．8 检查写缓冲一致性——check_bugs

第26章 同步内存与后备存储——page write back

26．1 页回写机制

26．2 激活页回写——pdflush_init

26．3 pdflush线程

26．4 指定页回写函数

26．5 周期性页回写和强制性页回写回调函数调用方法

26．5．1 周期性页回写函数——wb_kupdate

26．5．2 强制性页回写函数——background_writeout

26．6 初始化周期性页回写

第27章 查看启动内核的最终函数结构——rest_init

第28章 生成执行函数的内核线程——kernel_thread

28．1 查看kernel_thread结构

28．2 生成处理器的网关——do_fork

28．3 复制父进程——copy_process

第29章 唤醒新生成的任务

29．1 查看wake_up_new_task结构

29．2 获取任务的就绪队列——task_rq_lock

29．3 改善任务的优先顺序——effective_prio

第30章 准备使用内核

30．1 将当前进程转移到其他CPU——sched_init_smp

30．2 结束系统整体初始化——do_basic_setup

30．2．1 生成执行rcu_sched_grace_period的线程——rcu_init_sched

30．2．2 生成events工作队列——init_workqueues

30．2．3 初始化cpuset子系统的top_cpuset——cpuset_init_smp

30．2．4 生成khelper工作队列——usermodehelper_init

30．2．5 初始化Linux的设备模型——driver_init

30．2．6 在proc文件系统注册irq信息——init_irq_proc

30．2．7 调用内核未知子系统——do_initcalls

30．3 为初始化之后的操作做准备——init_post

第31章 内核线程守护进程

31．1 内核线程守护进程——kthreadd

31．2 忽略信号——ignore_signals

31．3 设置nice值——set_user_nice

31．4 搜索执行任务的CPU——set_cpus_allowed_prt

31．5 搜索包含列表的实际结构体位置——list_entry

31．6 生成内核线程——create_kthread

第32章 find_task_by_pid_ns~cpu_idle

32．1 用PID搜索任务——find_task_by_pid_ns

32．2 解除BKL——unlock_kernel

32．3 将调度类变更为idle——init_idle_bootup_task

32．4 RCU机制激活完成通知——rcu_scheduler_starting

32．5 激活内核抢占——preempt_enable_no_resched

32．6 执行进程调度表——schedule

32．7 Linux启动万里长征的终点——cpu_idle

附录

附录A 汇编语言、gas关键词总结

附录B 内核分析常见API

附录C 浅谈ext2文件系统

附录D Linux线程模型

附录E 链接器脚本文件结构

后记

索引

《图灵程序设计丛书：ARM Linux内核源码剖析》献给想了解或分析Linux代码的各位读者！
　　逐行分析ARM Linux内核加载到RAM并运行Shell前的全部初始化过程！
　　Linux内核代码分析全新方法！
　　Linux内核代码分析实用指南！


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