diff --git a/Initialization/linux-initialization-6-zh.md b/Initialization/linux-initialization-6-zh.md index ce14af8..bdebcc3 100644 --- a/Initialization/linux-initialization-6-zh.md +++ b/Initialization/linux-initialization-6-zh.md @@ -98,3 +98,315 @@ noexec [X86] ```C memblock_x86_reserve_range_setup_data(); ``` + +这个函数被定义在相同的源代码文件 [arch/x86/kernel/setup.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/kernel/setup.c) 中，并且为 `setup_data` 重新映射内存，保留内存块(你可以阅读之前的 [章节](http://xinqiu.gitbooks.io/linux-insides-cn/content/Initialization/linux-initialization-5.html) 了解关于 `setup_data` 的更多内容，你也可以在[Linux kernel memory management](http://xinqiu.gitbooks.io/linux-insides-cn/content/MM/index.html) 中阅读到关于 `ioremap` and `memblock` 的内容)。 + +接下来我们来看看下面的条件语句: + +```C + if (acpi_mps_check()) { +#ifdef CONFIG_X86_LOCAL_APIC + disable_apic = 1; +#endif + setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_APIC); + } +``` + +[arch/x86/kernel/acpi/boot.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/kernel/acpi/boot.c) 中的函数 `acpi_mps_check` 取决于 `CONFIG_X86_LOCAL_APIC` 和 `CONFIG_x86_MPPARSE` 配置选项: + +```C +int __init acpi_mps_check(void) +{ +#if defined(CONFIG_X86_LOCAL_APIC) && !defined(CONFIG_X86_MPPARSE) + /* mptable code is not built-in*/ + if (acpi_disabled || acpi_noirq) { + printk(KERN_WARNING "MPS support code is not built-in.\n" + "Using acpi=off or acpi=noirq or pci=noacpi " + "may have problem\n"); + return 1; + } +#endif + return 0; +} +``` + +这个函数检查内置的 `MPS` 又称 [多重处理器规范]((http://en.wikipedia.org/wiki/MultiProcessor_Specification)) 表。如果设置了 ` CONFIG_X86_LOCAL_APIC` 但未设置 `CONFIG_x86_MPPAARSE` ，并且传递给内核的命令行参数是 `acpi=off`、`acpi=noirq` 或者 `pci=noacpi`，那么`acpi_mps_check` 就会打印出警告信息。如果 `acpi_mps_check` 返回1，这表示我们警用了本地 [APIC](http://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Programmable_Interrupt_Controller) +,而且通过 `setup_clear_cpu_cap` 宏清除了当前CPU中的 `X86_FEATURE_APIC` 位。（你可以阅读[CPU masks](https://xinqiu.gitbooks.io/linux-insides-cn/content/Concepts/linux-cpu-2.html)了解更多关于CPU mask的内容)。 + +早期的PCI转储 +-------------------------------------------------------------------------------- + +接下来我们使用下面的代码来转储 [PCI](http://en.wikipedia.org/wiki/Conventional_PCI) 设备: + +```C +#ifdef CONFIG_PCI + if (pci_early_dump_regs) + early_dump_pci_devices(); +#endif +``` + +`pci_early_dump_regs` 定义在 [arch/x86/pci/common.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/pci/common.c) 中，并且他的值是取决于内核命令行参数：`pci=earlydump` 。我们可以在[drivers/pci/pci.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch) 中看到这个参数的定义: + +```C +early_param("pci", pci_setup); +``` + +`pci_setup` 函数获得 `pci=` 之后的字符串，然后进行分析。这个函数调用了在 [drivers/pci/pci.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch) 中用 `_weak` 修饰符定义的 `pcibios_setup` 函数，并且每种架构都重写了 `_weak` 修饰过的函数。 例如 依赖于 `x86_64` 架构的版本写在[arch/x86/pci/common.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/pci/common.c)中: + +```C +char *__init pcibios_setup(char *str) { + ... + ... + ... + } else if (!strcmp(str, "earlydump")) { + pci_early_dump_regs = 1; + return NULL; + } + ... + ... + ... +} +``` + +所以，如果 `CONFIG_PCI` 选项被设置，而且我们向内核命令行传递了 `pci=earlydump` 选项，下一个被调用的函数是在 [arch/x86/pci/early.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/pci/early.c)中的 `early_dump_pci_devices` 。这个函数使用下面代码检查 `noearly` pci 参数: + +```C +if (!early_pci_allowed()) + return; +``` + +同时如果条件通过则返回。每个PCI域可以承载多达 `256` 条总线，并且每条总线可以承载多达32个设备。那么接下来我们进行下面的循环: + +```C +for (bus = 0; bus < 256; bus++) { + for (slot = 0; slot < 32; slot++) { + for (func = 0; func < 8; func++) { + ... + ... + ... + } + } +} +``` + +并且通过 `read_pci_config` 函数读取 `pci` 配置。 + +这就是 pci 加载的全部了。我们在这里不会深入研究 `pci` 的细节，不过我们会在 `Drivers/PCI` 章节看到更多的细节。 + +完成内存解析 +-------------------------------------------------------------------------------- + + +在 `early_dump_pci_devices` 之后，有一些与可用内存和[e820](http://en.wikipedia.org/wiki/E820)相关的函数并且 [e820](http://en.wikipedia.org/wiki/E820) ,其中 [e820](http://en.wikipedia.org/wiki/E820) 我们在 [内核安装的第一步](http://xinqiu.gitbooks.io/linux-insides-cn/content/Booting/linux-bootstrap-2.html) 章节中整理过。 +```C + /* update the e820_saved too */ + e820_reserve_setup_data(); + finish_e820_parsing(); + ... + ... + ... + e820_add_kernel_range(); + trim_bios_range(void); + max_pfn = e820_end_of_ram_pfn(); + early_reserve_e820_mpc_new(); +``` + +让我们来一起看看上面的代码。正如你所看到的，第一个函数是 `e820_reserve_setup_data` 。这个函数和我们前面看到的 `memblock_x86_reserve_range_setup_data` 函数做的事情几乎是相同的，但是这个函数同时还会调用 `e820_update_range` 函数，向 `e820map` 中用给定的类型添加新的区域，在我们的例子中，使用的是 `E820_RESERVED_KERN` 类型。接下来的函数是 `finish_e820_parsing` 。除了这两个函数之外，我们还可以看到一些与 [e820](http://en.wikipedia.org/wiki/E820) 有关的函数。你可以在上面的清单中看到这些函数。`e820_add_kernel_range` 函数需要内核开始和结束的物理地址: + +```C +u64 start = __pa_symbol(_text); +u64 size = __pa_symbol(_end) - start; +``` + +函数会检查在 `e820map` 中被标记成 `E820RAM` 的 `.text` `.data` 和 `.bss` 段，如果没有这些字段，那么就会输出错误信息。接下来的 `trm_bios_range` 函数把 `e820Map` 中的前4096个字节更新为 `E820_RESERVED` 并且调用函数 `sanitize_e820_map` 进行处理。在这之后我们使用 `e820_end_of_ram_pfn` 得到最后一个页面帧的编号，每个内存页面都有一个唯一的编号 - `页面帧编号`， `e820_end_of_ram_pfn` 函数调用 `e820_end_pfn` 函数返回这个最大的页面帧编号: +```C +unsigned long __init e820_end_of_ram_pfn(void) +{ + return e820_end_pfn(MAX_ARCH_PFN); +} +``` + +`e820_end_pfn` 函数读取当前系统架构的最大页面帧编号(对于 `x86_64` 架构来说 `MAX_ARCH_PFN` 是 `0x400000000` )。在 `e820_end_pfn` 函数中我们遍历整个 `e820` 插槽，并且检查 `e820` 入口是否有 `E820_RAM` 或者 `E820_PRAM` 类型，因为我们只能对这些类型计算页面帧编码，得到当前 `e820` 入口页面帧的基地址和结束地址，同时对这些地址进行检查: + +```C +for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) { + struct e820entry *ei = &e820.map[i]; + unsigned long start_pfn; + unsigned long end_pfn; + + if (ei->type != E820_RAM && ei->type != E820_PRAM) + continue; + + start_pfn = ei->addr >> PAGE_SHIFT; + end_pfn = (ei->addr + ei->size) >> PAGE_SHIFT; + + if (start_pfn >= limit_pfn) + continue; + if (end_pfn > limit_pfn) { + last_pfn = limit_pfn; + break; + } + if (end_pfn > last_pfn) + last_pfn = end_pfn; +} +``` + +```C + if (last_pfn > max_arch_pfn) + last_pfn = max_arch_pfn; + + printk(KERN_INFO "e820: last_pfn = %#lx max_arch_pfn = %#lx\n", + last_pfn, max_arch_pfn); + return last_pfn; +``` + +接下来我们检查在循环中得到的 `last_pfn` 不得大于特定系统架构的最大页面帧编号(在我们的例子中是 `x86_64` 系统架构),输出关于最大页面帧编码的信息，并且返回它。我们可以在 `dmesg` 的输出中看到 `last_pfn` : + +``` +... +[ 0.000000] e820: last_pfn = 0x41f000 max_arch_pfn = 0x400000000 +... +``` + +在这之后，我们计算出了最大的页面帧编号，我们要计算 `max_low_pfn` ,这是 `小内存` 或者低于第一个4GB中的的的最大页面帧。如果安装了超过4GB的内存RAM，`max_low_pfn` 将会是 `e820_end_of_low_ram_pfn` 函数的结果，这个函数和 `e820_end_of_ram_pfn` 相似，但是有4GB自己的限制，换句话说 `max_low_pfn` 和 `max_pfn` 的值是一样的: + +```C +if (max_pfn > (1UL<<(32 - PAGE_SHIFT))) + max_low_pfn = e820_end_of_low_ram_pfn(); +else + max_low_pfn = max_pfn; + +high_memory = (void *)__va(max_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1; +``` + +接下来我们通过 `__va` 宏计算 `大内存` 中的最大页面帧编号(有更高的直接内存映射上界),这个宏根据给定的物理内存返回一个虚拟地址。 + + +直接媒体结构扫描 +------------------------------------------------------------------------------- + +在处理完不同内存区域和 `e820` 插槽之后的下一步就是收集有关计算机的信息。我们将获得与 [桌面管理接口](http://en.wikipedia.org/wiki/Desktop_Management_Interface) 和下面函数的所有信息: + +```C +dmi_scan_machine(); +dmi_memdev_walk(); +``` + +首先是定义在 [drivers/firmware/dmi_scan.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/16f73eb02d7e1765ccab3d2018e0bd98eb93d973/drivers/firmware/dmi_scan.c) 中的 `dmi_scan_machine` 函数。这个函数浏览 [System Management BIOS](http://en.wikipedia.org/wiki/System_Management_BIOS) 结构，从中提取信息。制定了两种方法来获得 `SMBIOS` 表的访问权: 第一种是从 [EFI](http://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Extensible_Firmware_Interface) 的配置表获得指向 `SMBIOS` 表的指针；第二种是扫描 `0xF0000` 和 `0x10000` 地址之间的物理地址。让我们一起看看第二种方法。`dmi_scan_machine` 函数通过 `dmi_early_remap` 函数将 `0xf0000` 和 `0x10000` 之间的内存重新映射到 `early_ioremap`: + +```C +void __init dmi_scan_machine(void) +{ + char __iomem *p, *q; + char buf[32]; + ... + ... + ... + p = dmi_early_remap(0xF0000, 0x10000); + if (p == NULL) + goto error; +``` +然后遍历所有的 `DMI` 头地址，并且查找 `_SM_` 字符串: + +```C +memset(buf, 0, 16); +for (q = p; q < p + 0x10000; q += 16) { + memcpy_fromio(buf + 16, q, 16); + if (!dmi_smbios3_present(buf) || !dmi_present(buf)) { + dmi_available = 1; + dmi_early_unmap(p, 0x10000); + goto out; + } + memcpy(buf, buf + 16, 16); +} +``` +`_SM_` 字符串一定在 `000F0000h` 和 `0x000FFFFF` 地址之间。在这里我们用 `memcpy_fromio` 函数向 `buf` 里面复制16个字节，这个函数和 `memcpy` 函数的作用是一样的。然后对这个缓冲区( `buf` ) 执行`dmi_smbios3_present` 和 `dmi_present` 函数。这些函数检查 `buf`的前4个字节是否是 `__SM__` 字符串，得到 `SMBIOS` 的版本号，并且获得 `_DMI_` 的属性例如 `_DMI_` 结构表长度、表的地址等等...每当其中的一个函数完成之后，你就会在 `dmesg` 的输出中看到函数的运行结果: +``` +[ 0.000000] SMBIOS 2.7 present. +[ 0.000000] DMI: Gigabyte Technology Co., Ltd. Z97X-UD5H-BK/Z97X-UD5H-BK, BIOS F6 06/17/2014 +``` +在 `dmi_scan_machine` 函数的最后，我们取消之前重新映射的内存: + +```C +dmi_early_unmap(p, 0x10000); +``` + +第二个函数是 - `dmi_memdev_walk`。正如你理解的那样，这个函数遍历整个内存设备。让我们一起看看这个函数: + +```C +void __init dmi_memdev_walk(void) +{ + if (!dmi_available) + return; + + if (dmi_walk_early(count_mem_devices) == 0 && dmi_memdev_nr) { + dmi_memdev = dmi_alloc(sizeof(*dmi_memdev) * dmi_memdev_nr); + if (dmi_memdev) + dmi_walk_early(save_mem_devices); + } +} +``` + +这个函数检查 `DMI` 是否可用(我们之前在 `dmi_scan_machine` 函数中得到了这个结果)并且使用 `dmi_walk_early` 和 `dmi_alloc` 函数收集关于内存设备的信息,其中 `dmi_alloc` 的定义如下: + +``` +#ifdef CONFIG_DMI +RESERVE_BRK(dmi_alloc, 65536); +#endif +``` + +`RESERVE_BRK` 定义在 [arch/x86/include/asm/setup.h](http://en.wikipedia.org/wiki/Desktop_Management_Interface)中，并且这个函数在 `brk` 段中保留给定大小的空间: + +------------------------- + init_hypervisor_platform(); + x86_init.resources.probe_roms(); + insert_resource(&iomem_resource, &code_resource); + insert_resource(&iomem_resource, &data_resource); + insert_resource(&iomem_resource, &bss_resource); + early_gart_iommu_check(); + + +均衡多处理(SMP)的配置 +-------------------------------------------------------------------------------- + +接下来的一步是解析 [SMP](http://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric_multiprocessing) 的配置信息。我们调用 `find_smp_config` 函数来完成这个任务，这个函数只是调用另一个函数: + +```C +static inline void find_smp_config(void) +{ + x86_init.mpparse.find_smp_config(); +} +``` + +在函数的内部，`x86_init.mpparse.find_smp_config` 就是 [arch/x86/kernel/mpparse.c](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/kernel/mpparse.c) 中的 `default_find_smp_config` 函数。在 `default_find_smp_config` 函数中我们扫描一些内存区域来寻找 `SMP` 的配置信息,并在找到它们的时候返回: + +```C +if (smp_scan_config(0x0, 0x400) || + smp_scan_config(639 * 0x400, 0x400) || + smp_scan_config(0xF0000, 0x10000)) + return; +``` + +首先 `smp_scan_config` 函数定义了一些变量: + +```C +unsigned int *bp = phys_to_virt(base); +struct mpf_intel *mpf; +``` + +第一个变量是我们用来扫描 `SMP` 配置内存区域的虚拟地址；第二个变量是指向 `mpf_intel` 结构体的指针。让我们一起试着去理解 `mpf_intel` 是什么吧。所有的信息都存储在多处理器配置数据结构中。`mpf_intel` 呈现了这个结构，看下来像是下面这样: + +```C +struct mpf_intel { + char signature[4]; + unsigned int physptr; + unsigned char length; + unsigned char specification; + unsigned char checksum; + unsigned char feature1; + unsigned char feature2; + unsigned char feature3; + unsigned char feature4; + unsigned char feature5; +}; +``` \ No newline at end of file