Linux kernel arm64 启动流程
一、进入内核入口点
在 ARM64 平台上，内核镜像通常以 Image 或 Image.gz 形式被 Bootloader（如 U-Boot、BL33）加载到内存，并通过寄存器（如 x0、x1、x2）传递设备树（DTB）的地址。
入口点位于：
arch/arm64/kernel/head.S
主要执行步骤：
设置异常级别（通常内核运行在 EL1）。
初始化栈指针（sp）。
设置内核页表，开启 MMU。
建立异常向量表。
跳转到 C 语言入口：
start_kernel()。
二、早期汇编阶段（head.S）
在 head.S 中，内核完成最基础的硬件环境搭建：
此阶段结束后，系统具备了最小可运行环境，跳入 C 语言。
primary_entry├─ record_mmu_state // 检查进入时 MMU/Cache 状态├─ preserve_boot_args // 保存 boot args (x0=dtb)├─ init_kernel_el // 切换到 EL1├─ __cpu_setup // CPU 寄存器初始化└─ __primary_switch├─ __enable_mmu // 开启 MMU├─ __pi_early_map_kernel // 建立正式页表└─ __primary_switched├─ init_cpu_task // 初始化 task/栈├─ 设置向量表、保存 dtb/偏移├─ finalise_el2└─ start_kernel // 进入 C 入口
启动参数
注意primary_switch和带ed的
三、C 语言入口：start_kernel()
C 语言初始化入口是：
init/main.c: start_kernel()
这是内核启动的核心函数，几乎所有初始化工作都从这里展开。
函数属性和调用约束
asmlinkage：保证函数参数从寄存器传递，符合汇编调用约定。
__visible：防止编译器优化掉符号，使调试和链接器可见。
__init：该函数只在启动期间使用，启动完成后其所在代码段可回收。
__no_sanitize_address：关闭 AddressSanitizer 检测。
__noreturn：函数不会返回。
__no_stack_protector：关闭栈保护，避免初始化阶段栈保护干扰。
初始化内核最基本的结构
set_task_stack_end_magic()：初始化
init_task栈边界标记，用于栈溢出检测。smp_setup_processor_id()：获取当前 CPU 的物理 ID。
debug_objects_early_init()：初始化内核调试对象系统。
init_vmlinux_build_id()：记录内核 Build ID，用于调试。
cgroup_init_early()：初始化控制组 (cgroup) 的基础数据结构。
关闭中断，保证安全初始化
禁用本地 CPU 中断，防止在硬件和内核数据结构尚未初始化时被中断打断。
设置标记
early_boot_irqs_disabled，方便后续检查。
Boot CPU 初始化和早期架构设置
这些函数主要做 CPU 和架构相关的早期设置：
boot_cpu_init()：初始化 boot CPU 的特权寄存器和 CPU 状态。
page_address_init()：设置内存页管理相关的基础数据结构。
pr_notice("%s", linux_banner)：打印内核启动横幅信息。
setup_arch()：架构相关初始化，如物理内存扫描、异常向量表设置、页表准备。
jump_label_init() / static_call_init()：静态分支预测优化初始化，用于 LSM、安全模块等。
early_security_init()：早期安全模块初始化。
setup_boot_config()：读取启动参数和硬件配置。
setup_command_line()：保存内核命令行参数。
setup_nr_cpu_ids()：计算系统 CPU 数量。
setup_per_cpu_areas()：分配每个 CPU 的内核栈和数据结构。
smp_prepare_boot_cpu()：arch-specific boot CPU hooks。
early_numa_node_init() / boot_cpu_hotplug_init()：NUMA 节点和 CPU 热插拔早期初始化。
解析启动命令行参数
parse_early_param()：解析内核启动参数中早期注册的参数（
__setup()宏注册的参数）。parse_args()：处理剩余的参数，解析传递给
init的命令行选项。set_init_arg：设置
init进程的启动参数。unknown_bootoption：记录无法识别的参数。
早期随机数生成器和日志
random_init_early()：初始化硬件或软件随机数生成器。
setup_log_buf()：初始化内核日志缓冲区。
vfs_caches_init_early()：早期文件系统缓存初始化。
sort_main_extable()：初始化异常表（异常处理）。
trap_init()：初始化陷阱向量和异常处理。
mm_core_init()：核心内存管理初始化。
poking_init() / ftrace_init() / early_trace_init()：调试和跟踪设施初始化。
调度器与内核数据结构初始化
sched_init()：初始化进程调度器。
radix_tree_init() / maple_tree_init()：内核数据结构初始化。
housekeeping_init()：初始化内核维护结构。
workqueue_init_early()：允许早期工作队列创建和调度。
RCU 初始化：包括 RCU、kvfree RCU 等。
trace_init()：初始化跟踪事件系统。
IRQ 与时钟相关初始化
early_irq_init() / init_IRQ()：中断控制器初始化。
tick_init() / timers_init() / hrtimers_init()：定时器初始化。
timekeeping_init() / time_init()：系统时间初始化。
RCU nohz：无节拍模式初始化。
内核随机数和防护机制
random_init()：完整 RNG 初始化。
kfence_init()：内存安全检测。
boot_init_stack_canary()：栈溢出检测。
性能与调试设施
perf_event_init()：性能计数器初始化。
profile_init()：系统调用和性能分析初始化。
call_function_init()：异步函数调用初始化。
启用中断
启用本地 CPU 中断，允许内核正常调度和中断处理。
内存管理与控制组初始化
kmem_cache_init_late()：slab/缓存分配器初始化。
setup_per_cpu_pageset() / numa_policy_init()：NUMA 和 per-CPU 内存分配策略。
控制组、命名空间、进程等初始化
内核所有高级结构初始化，包括：
任务/进程管理：
pid_idr_init() / fork_init()虚拟内存和页缓存：
anon_vma_init() / pagecache_init()命名空间：
uts_ns_init() / net_ns_init() / nsfs_init()控制组：
cgroup_init()安全/密钥：
cred_init() / key_init() / security_init()性能/统计：
taskstats_init_early() / delayacct_init()
ACPI 和平台相关初始化
ACPI：硬件抽象和电源管理初始化。
arch_post_acpi_subsys_init()：架构相关的后 ACPI 初始化。
启动第一个用户空间进程
rest_init();
创建 第一个内核线程
init，通常执行/sbin/init或 initramfs。至此内核完成从 汇编 -> C 语言 -> 用户态 的完整启动流程。
四、架构相关初始化：setup_arch()
核心职责
setup_arch() 是 ARM64 Linux 内核 C 语言阶段的早期架构初始化函数。它在 head.S 汇编阶段完成最基本 CPU/内存设置后被调用，作用是设置内核运行所需的硬件环境、内存布局以及平台相关功能。主要包括内存管理初始化、CPU 异常屏蔽、平台硬件初始化以及 SMP 支持等。
内存管理初始化
setup_initial_init_mm(_stext, _etext, _edata, _end); arm64_memblock_init(); paging_init(); bootmem_init();
初始化内核的初始页表和内存段，确保内核代码段、数据段和 BSS 段可用。
初始化
memblock，管理早期物理内存。初始化分页机制（MMU 页表和内核虚拟映射）。
初始化早期内存分配器（bootmem allocator）。
内核命令行
*cmdline_p = boot_command_line; parse_early_param();
保存 bootloader 传入的内核命令行。
解析早期内核启动参数，如
console=,root=,loglevel=。
KASLR 初始化
kaslr_init();
随机化内核加载地址，提高安全性。
早期固定映射（Fixmap / IO Remap）
early_fixmap_init(); early_ioremap_init();
提供早期固定虚拟地址来访问硬件寄存器或内核关键数据。
在 MMU 开启之前或开启初期使用。
平台硬件初始化
setup_machine_fdt(__fdt_pointer); acpi_table_upgrade(); acpi_boot_table_init(); if (acpi_disabled) unflatten_device_tree(); psci_dt_init(); psci_acpi_init(); arm64_rsi_init();
解析设备树（FDT）或 ACPI 表，获取硬件信息（CPU、内存、设备）。
初始化 PSCI（CPU 热插拔和电源管理接口）。
初始化 ARM64 低级平台接口（RSI）。
CPU 异常屏蔽
local_daif_restore(DAIF_PROCCTX_NOIRQ); cpu_uninstall_idmap();
DAIF 异常屏蔽寄存器控制 IRQ / FIQ / SError / Debug。
这里取消调试和 SError 屏蔽，保证早期错误可报告，但仍保持中断屏蔽。
卸载早期 identity mapping，防止 MMU speculatively fetch 新的页表条目。
EFI / Xen 初始化
xen_early_init(); efi_init();
为 ACPI / boot table 解析做好准备。
静态 key 与动态 SCS 初始化
jump_label_init(); dynamic_scs_init();
初始化静态分支（Static Keys），优化条件分支。
初始化安全关键寄存器（Dynamic SCS）。
SMP 与 CPU 拓扑
init_bootcpu_ops(); smp_init_cpus(); smp_build_mpidr_hash();
初始化 boot CPU 特定操作。
初始化多核 CPU 支持。
构建 MPIDR 哈希表，用于 CPU 拓扑管理。
感觉多核启动想单独讲一下了
启动检测与警告
if (!efi_enabled(EFI_BOOT)) {if ((u64)_text % MIN_KIMG_ALIGN) pr_warn(FW_BUG "Kernel image misaligned at boot..."); WARN_TAINT(mmu_enabled_at_boot, TAINT_FIRMWARE_WORKAROUND, FW_BUG "Booted with MMU enabled!"); }
检查内核对齐情况。
检查启动时 MMU 是否已经开启，不符合规范会打 TAINT 警告。
其他安全与调试初始化
kasan_init(); request_standard_resources(); early_ioremap_reset();
KASAN 早期初始化（内核地址错误检测）。
标准资源请求和早期 IO remap 重置。
TTBR0 与初始化线程信息
init_task.thread_info.ttbr0 = phys_to_ttbr(__pa_symbol(reserved_pg_dir));
在开启 SW_TTBR0_PAN 功能时，确保 init 线程访问用户空间时会触发翻译错误，从而保护内核。
x1-x3 启动参数检查
if (boot_args[1] || boot_args[2] || boot_args[3]) { pr_err("WARNING: x1-x3 nonzero in violation of boot protocol..."); }
根据 ARM64 Boot Protocol，x1~x3 在启动时必须为 0。
非零值表示 bootloader 或内核版本不兼容。
五、内核子系统初始化：initcall 机制
内核采用 initcall 机制 分阶段初始化各个子系统。start_kernel() 中最终会调用：
rest_init() → kernel_init() → kernel_init_freeable() → do_basic_setup() → do_initcalls()
其中 do_initcalls() 会按等级依次执行所有注册的初始化函数。
Initcall 等级如下（位于 include/linux/init.h）：
pure_initcall：最早期的初始化。
core_initcall：核心子系统。
postcore_initcall：核心之后。
arch_initcall：体系结构相关初始化。
subsys_initcall：子系统（如 VFS、PCI、USB）。
fs_initcall：文件系统相关。
device_initcall：设备驱动初始化。
late_initcall：收尾阶段。
通过这种分层机制，内核保证依赖顺序正确，各个子系统逐步上线。
initcall合集
带sync需要等待，不带sync可以多核并行开始
六、用户空间启动
当内核子系统初始化完毕后，最终进入用户空间：
RCU 调度器初始化
rcu_scheduler_starting();
初始化 RCU（Read-Copy Update）调度器，确保内核的读-写锁机制可以正常工作。
这是启动多任务调度前必须做的操作。
创建 init 进程（PID 1）
pid = user_mode_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
user_mode_thread()用来创建一个用户态线程，这里就是 init 进程。kernel_init是 init 进程实际执行的函数。CLONE_FS表示线程共享文件系统信息。init 进程最终会成为 PID=1 的用户态进程，是系统第一个启动的用户进程。
固定 init 进程在 Boot CPU 上
rcu_read_lock(); tsk = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns); tsk->flags |= PF_NO_SETAFFINITY; set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpumask_of(smp_processor_id())); rcu_read_unlock();
为了确保在多核系统中 init 进程不会被迁移到其他 CPU 上（因为调度器还没完全初始化）。
使用
PF_NO_SETAFFINITY阻止进程被迁移。set_cpus_allowed_ptr()只允许它在 Boot CPU 上运行。
初始化 NUMA 默认策略
numa_default_policy();
设置 NUMA（Non-Uniform Memory Access）内存访问策略。
确保后续分配内存时，内核知道首选的节点。
创建 kthreadd（内核线程管理器）
pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES); rcu_read_lock(); kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns); rcu_read_unlock();
kthreadd是 Linux 内核的 内核线程管理器。它负责管理内核后台线程（kthreads）的创建和调度。
CLONE_FS | CLONE_FILES让它共享文件系统和文件描述符。
设置系统状态
system_state = SYSTEM_SCHEDULING; complete(&kthreadd_done);
将
system_state标记为 可调度，意味着内核进入正式调度阶段。complete(&kthreadd_done)通知 init 进程和其他线程，kthreadd 已经准备好。
启动 Boot CPU 调度器
schedule_preempt_disabled(); cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
schedule_preempt_disabled()调用一次调度函数，启动调度器循环。cpu_startup_entry()进入 CPU idle loop，开始执行空闲线程（idle thread）。Boot CPU 现在已经进入可调度状态，系统开始多任务执行。
回到kernel_init看如何进入用户态初始化
调用
kernel_init()→run_init_process()。尝试执行：
/sbin/init/etc/init/bin/init/bin/sh
如果成功，系统转交控制权给用户空间的 init 进程（现代系统多为 systemd）。
至此，Linux 内核启动流程完成。
systemd启动后续再介绍