从BIOS到Bootloader与内核初始化

• BIOS：基本输入输出系统(Basic Input and Output System)，计算机在运行时，首先会进入BIOS。

• Linux里的Grub2启动管理器用于系统启动(Grand Unified Bootloader Version 2)。Grub2第一个要安装的就是boot.img，它由boot.S编译而成安装到启动盘的第一个扇区，这个扇区通常称为MBR(Master Boot Record，主引导记录/扇区)。

• Linux内核组成：内存管理子系统、进程管理子系统、设备子系统、文件子系统和网络子系统等。

• 系统创建的第一个进程，称为0号进程。这是唯一一个没有通过for或者kernel_thread产生的进程，是进程列表的第一个。1号进程运行操作系统的第一个用户进程。

• 为了兼容各种各样的文件系统，需要将文件的相关数据结构和操作抽象出来，形成一个抽象层对上提供统一的接口，这个抽象层就是虚拟文件系统VFS(Virtual File System)。

• 操作系统将能够访问关键资源的代码放在Ring0权限，即内核态；将普通的程序代码放在Ring3权限，即用户态。处于保护模式的系统，当处于用户态的代码想要直接执行更高权限的指令，这种行为被禁止。（Ring1和Ring2放置着设备驱动的代码）

• 用户态的代码访问核心资源需要通过系统调用提供的统一入口。当用户态的程序运行时，要访问一个核心资源，如访问网卡发一个网络包，需要暂停当前的运行，调用系统调用，然后轮到内核中的代码运行。内核将从系统调用传过来的包，在网卡上排队，轮到的时候就发送。发送结束后，系统调用就结束，返回用户态，让暂停运行的程序继续运行。

• execve是一个系统调用，它的作用是运行一个执行文件，即执行程序。do_execve往往是内核系统调用的实现。

• 文件系统一定是在一个存储设备上，Linux访问存储设备，要有驱动才能访问。内存访问不需要驱动，ramdisk是一个基于内存的文件系统，是根文件系统。运行ramdisk上的/init结束后，就处于用户态。/init会先根据存储系统的类型加载驱动，有了驱动就可以设置真正的根文件系统，有了真正的根文件系统，ramdisk上的/init会启动文件系统上的init。

• 函数kthreadd，负责所有内核态的线程的调度和管理，是内核态所有线程运行的祖先。

• 内核的启动从入口函数start_kernel()开始。
  ->>通过INIT_TASK(init_task)产生第一个进程，即0号进程。
  ->>trap_init()初始化系统调用。
  ->>mm_init()用来初始化内存管理。
  ->>sched_init()用于初始化调度模块。
  ->>vfs_caches_init()用来初始化基于内存的文件系统rootfs。
  ->>rest_init()用来做其他方面的初始化，包括：
  ->>用kernel_thread()创建第二个进程，即1号进程，它是用户态进程的祖先；
  ->>用kernel_thread()创建第三个进程，即2号进程，它是内核进程的祖先。

• 从内核态来看，无论是进程，还是线程，我们都可以统称为任务，都使用相同的数据结构，平放在同一个链表中。