x86_64平台，上个图先，5种颜色各代表1个阶段：

图片转自：https://blog.csdn.net/xxiomg/article/details/100558790

For x86 64bits architecture platform, linux-2.6.35.4

arch/x86/boot/header.S   -->   _start   -->   calll   main

arch/x86/boot/main.c   -->   main -- >   go_to_protected_mode

arch/x86/boot/pm.c   -->   go_to_protected_mode   -->   protected_mode_jump

arch/x86/boot/pmjump.S   -->   GLOBAL(protected_mode_jump)   -->   jmpl    *%eax

arch/x86/boot/compressed/head_64.S   -->   ENTRY(startup_32)   -->   ENTRY(startup_64)   -->    jmp *%rax

arch/x86/kernel/head_64.S   -->   startup_64   -->   ENTRY(secondary_startup_64)   -->   lretq (%rax)

arch/x86/kernel/head64.c   --> x86_64_start_kernel   -->   start_kernel

init/main.c   -->   start_kernel   -->   rest_init

现在的 Linux 启动过程一般分成了两步，也就是首先调用 GRUB 作为通用的启动服务，然后可以选择 Windows 或者 Linux 加载。

接下来，看看 Linux 的加载过程。

Bootloader 执行完之后，将内核加载到物理地址 0x100000(1MB) 处，并将执行权限交给了内核。然后执行的是 setup.bin 的入口函数 _start() ( arch/x86/boot/header.S，链接文件为 setup.lds ) 。

第一条是一个调转指令，调转到 start_of_setup (start_of_setup-1f是setup头部的长度)，在这之间的代码是一个庞大的数据结构，与 bootparam.h 中的 struct setup_header 一一对应。这个数据结构定义了启动时所需的默认参数，其中一些参数可以通过命令选项 overwrite。很多值是在形成 bzImage 时，由 arch/x86/boot/tools/build 程序赋值。

接着实际是设置 C 语言环境，主要是设置堆栈，然后调转到 main()@arch/x86/boot/main.c，现在仍然运行在实模式。setup.bin 主要作用就是完成一些系统检测和环境准备的工作，其函数调用顺序为：

main.c 主要功能为检测系统参数如: Detect memory layout，set video mode 等，后面会详细分析，最后调用 goto_protect_mode，设置 32-bit 或 64-bit 保护段式寻址模式，注意: main.o 编译为16位实模式程序。

内核的日志信息可以通过 printk() 打印，不过只有信息等级小于 console loglevel 的值时，这些信息才会被打印到 console 上，可以通过如下方法修改日志等级。

goto_protect_modea() 则会调用 protected_mode_jump()，进入 32-bit 的兼容模式，也就是 IA32-e 模式，在最后会执行 jmpl *%eax 调转到 32-bits 的入口，也就是 0x100000 处。

可以看到 arch/x86/boot/compressed/head_64.S 的入口函数 startup_32，该函数会解压缩 Kernel、设置内存地址转换、进入 64bit 模式。

关于转换的具体步骤，可以参考 《Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual》 中的 9.8.5 Initializing IA-32e Mode 部分 。

然后会调转到 arch/x86/kernel/head_64.S 的 startup_64 。

这个函数主要是为第一个 Linux 进程 (进程0) 建立执行环境，该函数主要执行以下操作：

最先执行的是 arch/x86/boot/header.S (由最早的bootsect.S和setup.S修改而来)，一般是汇编语言。最早的时候 Linux 可以自己启动，因此包含了 Boot Sector 的代码，但是现在如果执行的话只会输出 "bugger_off_msg" ，并重启，该段为 .bstext 。

现在的 Bootloader 会忽略这段代码。上述无效的 Boot Sector 之后还有 15Bytes 的 Real-Mode Kernel Header ，这两部分总计 512Bytes 。

512 字节之后，也就是在偏移 0x200 处，是 Linux Kernel 实模式的入口，也即 _start 。第一条指令是直接用机器码写的跳转指令 (0xeb+[start_of_setup-1])，因此会直接跳转到 start_of_setup 。这个函数主要是设置堆栈、清零 bss 段，然后跳转到 arch/x86/boot/main.c:main() 。

main() 函数主要完成一些必要的清理工作，例如探测内存的分布、设置 Video Mode 等，最后调用 go_to_protected_ mode()@arch/x86/boot/pm.c 。

在进入保护模式之前，还需要一些初始化操作，最主要的两项是 中断 和 内存。

因此，进入保护模式之前，在 go_to_protected_mode() 中会通过调用 setup_idt() 和 setup_gdt() 创建临时的中断描述符表和全局描述符表。最后通过 protected_mode_jump() (同样为汇编语言) 进入保护模式。

protected_mode_jump() 会设置 CR0 寄存器的 PE 位。此时，不需要分页功能，因此分页功能是关闭的。最主要的是现在不会受 640K 的限制， RAM 的访问空间达到了 4GB 。

然后会调用 32-bit 的内核入口，即 startup_32 。该函数会初始化寄存器，并通过 decompress_kernel() 解压内核。

decompress_kernel() 输出 "Decompressing Linux..." ，然后 in-place 解压，解压后的内核镜像会覆盖上图中的压缩镜像。因此，解压后的内容也是从 1MB 开始。解压完成后将会输出 "done."，然后输出 "Booting the kernel." 。

此时将会跳转到保护模式下的入口处 (0x100000)，该入口同样为 startup_32 ，但与上面的在不同的目录下。

第二个 startup_32 同样为汇编语言，包含了 32-bit 的初始化函数。包括清零保护模式下的 Kernel bss 段、建立全局描述符、建立中断描述符表，然后跳转到目标相关的启动入口，start_kernel() ，过程如下所示。

start_kernel()@init/main.c 的大部分代码为 C ，而且与平台相关。该函数会初始化内核的各个子系统和数据结构，包括了调度器(Scheduler)、内存、时钟等。

然后 start_kernel() 会调用 rest_init() ，该函数将会创建一个内核线程，并将 kernel_init() 作为一个入口传入。

dmesg 中的信息是从 start_kernel() 之后记录的。

像 USB、ACPI、PCI 这样的系统，会通过 subsys_initcall() 定义一个入口，当然还有一些其它的类似入口，可以参考 include/linux/init.h ，实际上时在内核镜像中定义了 .initcall.init 字段 (连接脚本见vmlinux.lds)。

这些函数会在 do_initcalls() 中调用。

rest_init() 随后会调用 schedule() 启动任务调度器，并通过 cpu_idle() 进入睡眠，这是 Linux 中的空闲线程。当没有可运行的进程时，该线程会调用，否则运行可运行的线程。

此时，之前启动的线程将会替代进程0(process 0) 即空闲线程。kernel_init() 将会初始化其他的 CPUs ，在此之前，这些 CPUs 并没有运行。负责初始化的 CPU 被称为 boot processor ，此时启动的 CPUs 被称为 application processors ，这些 CPUs 同样从实模式启动，因此也需要类似的初始化。

最后 kernel_init() 调用 init_post() ，该函数将会尝试执行一个用户进程，执行顺序如下 /sbin/init，/etc/init，/bin/init 和 /bin/sh 。如果所有的都失败了，那么内核将会停止。

此时执行的进程 PID 为 1 ，它将会检查配置文件，然后运行相应的进程，如 X11 Windows、登录程序、网络服务等。

至此，全部启动过程完成。

从代码角度，介绍启动时的调用流程。

在初始化时通常可以分为两种：A) 一种是关键而其必须按照特定顺序来完成，通常在 start_kernel() 中直接调用；B) 以子系统、模块实现，通过 do_initcalls() 完成。

在 do_initcalls() 中调用时，会按照等级，从 level0 ~ level7 来初始化，其宏定义在 include/linux/init.h 中实现，简单分为了两类，内核以及模块的实现。

下面以 inet_init 的初始化为例，末行为最后的展开格式。

do_initcalls() 是从特定的内存区域取出初始化函数的指针，然后调用该函数，通过 "vmlinux.lds.h" 定义的宏。

所在文件： net/ipv4/af_inet.c 初始化函数定义：

初始化函数调用：

这里的fs_initcall和module_init这样的函数是一样的功能，就是给系统内核添加一个功能函数。

这个宏的定义位于inlcludelinuxinit.h中：

其中 initcall_t 是个函数指针类型：typedef int (*initcall_t)(void);

而属性 __attribute__((__section__())) 则表示把对象放在一个这个由括号中的名称所指代的section中。 以这个宏定义的的含义是： 1) 声明一个名称为__initcall_##fn##id的函数指针(其中##表示替换连接，)； 2) 将这个函数指针初始化为fn； 3) 编译的时候需要把这个函数指针变量放置到名称为 “.initcall” level “.init”的section中(比如level=”1″，代表这个section的名称是 “.initcall1.init”)。

这些衍生宏宏的定义也位于 inlcludelinuxInit.h 中:

因此通过宏 core_initcall() 来声明的函数指针，将放置到名称为.initcall1.init的section中，而通过宏 postcore_initcall() 来声明的函数指针，将放置到名称为.initcall2.init的section中，依次类推。 在：include/asm-generic/vmlinux.lds.h：

最终跟踪之后这个初始化的段会在arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S这样的体系结构中内核二进制文件结构组织的配置文件中。 而在内核Makefile文件中有这样的编译语句：

而在init/main.c 中：

该函数的调用关系如下：

也就是说对于所有的内核模块或是其它的以类似该形式加入到内核中的程序，都最终在内核所在的二进制文件中是有一个固定的段来存放的，而且内核在初始化的过程中也是找到这些段的地址让后做相应的加载和执行。

参考：

https://blog.csdn.net/xxiomg/article/details/100558790

https://gohalo.me/post/kernel-bootstrap.html

https://gohalo.me/post/kernel-bootstrap.html

https://www.cnblogs.com/lcw/p/3337937.html