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ARM架構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用最廣泛的處理器架構(gòu)之一，而Linux內(nèi)核則是當(dāng)今最著名和流行的操作系統(tǒng)內(nèi)核之一。ARM Linux內(nèi)核是基于ARM處理器架構(gòu)的Linux內(nèi)核。在這篇文章中，我們將。
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ARM Linux內(nèi)核初始化流程包括以下幾個(gè)主要步驟：引導(dǎo)程序、內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和根文件系統(tǒng)初始化。下面詳細(xì)介紹每個(gè)步驟。
引導(dǎo)程序
在系統(tǒng)上電或重啟時(shí)，處理器不能立即開(kāi)始執(zhí)行操作系統(tǒng)內(nèi)核的代碼。相反，它必須先運(yùn)行一個(gè)引導(dǎo)程序，該程序?qū)⒔庸芴幚砥鞑⒇?fù)責(zé)加載并運(yùn)行操作系統(tǒng)內(nèi)核。在ARM Linux中，引導(dǎo)程序稱為引導(dǎo)加載程序（Boot Loader）。
引導(dǎo)加載程序有許多不同的實(shí)現(xiàn)，例如U-Boot和RedBoot等。當(dāng)引導(dǎo)加載程序被激活時(shí)，它將首先進(jìn)行硬件初始化，并在合適的地址空間內(nèi)使用內(nèi)存，以便能夠?qū)⒉僮飨到y(tǒng)內(nèi)核加載到處理器中。其中的一個(gè)任務(wù)是將內(nèi)核映像從存儲(chǔ)設(shè)備復(fù)制到內(nèi)存中，并將處理器的控制權(quán)交給操作系統(tǒng)內(nèi)核。
內(nèi)存管理
一旦引導(dǎo)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)內(nèi)核加載到處理器的內(nèi)存空間中，內(nèi)核就會(huì)接管處理器的控制權(quán)。此時(shí)，內(nèi)核將開(kāi)始處理第二階段：內(nèi)存管理。在這個(gè)階段，內(nèi)核將掃描系統(tǒng)內(nèi)存，確認(rèn)可以使用的內(nèi)存區(qū)域并進(jìn)行內(nèi)存分配。
內(nèi)存管理也包括特殊區(qū)域的設(shè)置，例如中斷向量表和頁(yè)表等。此外，內(nèi)核必須在此階段完成虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射，以便進(jìn)程的虛擬地址可以正確映射到物理地址。這個(gè)過(guò)程通常是使用MMU（內(nèi)存管理單元）和虛擬內(nèi)存機(jī)制完成的。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核中的一個(gè)非常重要的功能模塊。在ARM Linux內(nèi)核初始化階段，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)?zhǔn)備好硬件設(shè)備的可用性，包括CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、各種傳感器和其他I/O設(shè)備。
ARM Linux內(nèi)核提供了一個(gè)稱為設(shè)備樹(shù)的機(jī)制。它可以描述硬件屬性和連接關(guān)系，并使內(nèi)核能夠自動(dòng)加載正確的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這種機(jī)制對(duì)于支持多種不同的硬件配置和平臺(tái)的ARM Linux系統(tǒng)非常有用。
根文件系統(tǒng)初始化
在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成初始化之后，內(nèi)核在啟動(dòng)進(jìn)程之前會(huì)執(zhí)行另一個(gè)非常重要的任務(wù)，即根文件系統(tǒng)初始化。根文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行的根路徑，其中包含操作系統(tǒng)所需的所有文件、目錄和配置。
ARM Linux內(nèi)核可以將根文件系統(tǒng)作為掛載點(diǎn)，提供從閃存、其他文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)卡等設(shè)備中加載文件的設(shè)備數(shù)據(jù)。根文件系統(tǒng)初始化過(guò)程確保所有必需的文件、目錄和配置都可用，并確保它們是正確掛載的。
綜上所述，ARM Linux內(nèi)核初始化的流程是引導(dǎo)程序、內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和根文件系統(tǒng)初始化。操作系統(tǒng)內(nèi)核的初始化過(guò)程非常復(fù)雜，包括許多步驟和子過(guò)程。
對(duì)于ARM Linux系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，了解ARM Linux內(nèi)核初始化流程的細(xì)節(jié)和原理至關(guān)重要。只有在完全理解操作系統(tǒng)內(nèi)核的初始化過(guò)程時(shí)，才能更好地管理和控制ARM Linux系統(tǒng)的行為和性能，從而確保其始終保持更佳工作狀態(tài)。
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手把手教Linux驅(qū)動(dòng)5-自旋鎖、信號(hào)量、互斥體概述
==
基礎(chǔ)概念：
==
并發(fā)
：多個(gè)執(zhí)行單元同時(shí)進(jìn)行或多個(gè)執(zhí)行單元微觀串行執(zhí)行，宏謹(jǐn)拿觀并行執(zhí)行
競(jìng)態(tài)
：并發(fā)的執(zhí)行單元對(duì)共享資源（硬件資源和軟件上的全局變量）的訪問(wèn)而導(dǎo)致的竟態(tài)狀態(tài)。
臨界資源
：多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源
臨界區(qū)
：多個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的代碼段
==
并發(fā)場(chǎng)合：
==
1、單CPU之間進(jìn)程間的并發(fā)
:時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，調(diào)度進(jìn)程。 A進(jìn)程訪問(wèn)打印機(jī)，時(shí)間片用完，OS調(diào)度B進(jìn)程訪問(wèn)打印機(jī)。
2、單cpu上進(jìn)程和中斷之間并發(fā)
：CPU必須停止當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行中斷;
3、多cpu之間
4、單CPU上中斷之間的并發(fā)
==
使用偏向：
==
==信號(hào)量用于進(jìn)程之間的同步，進(jìn)程在信號(hào)量保護(hù)的臨界區(qū)代碼里面是可以睡眠的（需要進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度），這是與自旋鎖更大的區(qū)別。==
信號(hào)量又稱為信號(hào)燈，它是用來(lái)協(xié)調(diào)不同進(jìn)程間的數(shù)據(jù)對(duì)象的，而最主要的應(yīng)用是共享內(nèi)存方式的進(jìn)程間通信。本質(zhì)上，信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，它用來(lái)記錄對(duì)某個(gè)資源（如共享內(nèi)存）的存取狀況。它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)進(jìn)程，以保證他們能夠正確、合理的使用公共資源。它和spin lock更大的不同之處就是：無(wú)法獲取信號(hào)量的進(jìn)程可以睡眠祥李搭，因此會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)度。
1、==用于進(jìn)程與進(jìn)程之間的同步==
2、==允許多個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)代碼執(zhí)行，臨界區(qū)代碼允許睡眠；==
3、信號(hào)量本質(zhì)是==基于調(diào)度器的==，在UP和P下沒(méi)有區(qū)別；進(jìn)程獲取不到信號(hào)量將陷入休眠，并讓出CPU；
4、不支持進(jìn)程和中斷之間的同步
5、==進(jìn)程調(diào)度也是會(huì)消耗系統(tǒng)資源的，如果一個(gè)int型共享變量就需要使用信號(hào)量，將極大的浪費(fèi)系統(tǒng)資源==
6、信號(hào)量可以用于多個(gè)線程，用于資源的計(jì)數(shù)（有多種狀態(tài)）
==信號(hào)量加鎖以及解鎖過(guò)程：==
sema_init(&sp->dead_sem, 0); /
初始化
/
down(&sema);
臨界區(qū)代碼
up(&sema);
==信號(hào)量定義：==
==信號(hào)量初始化：==
==dowm函數(shù)實(shí)現(xiàn)擾高：==
==up函數(shù)實(shí)現(xiàn)：==
信號(hào)量一般可以用來(lái)標(biāo)記可用資源的個(gè)數(shù)。
舉2個(gè)生活中的例子：
==dowm函數(shù)實(shí)現(xiàn)原理解析：==
（1）down
判斷sem->count是否 > 0，大于0則說(shuō)明系統(tǒng)資源夠用，分配一個(gè)給該進(jìn)程，否則進(jìn)入__down(sem);
（2）__down
調(diào)用__down_common(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);其中TASK_UNINTERRUPTIBLE=2代表進(jìn)入睡眠，且不可以打斷；MAX_SCHEDULE_TIMEOUT休眠最長(zhǎng)LONG_MAX時(shí)間；
（3）list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
把當(dāng)前進(jìn)程加入到sem->wait_list中；
（3）先解鎖后加鎖;
進(jìn)入__down_common前已經(jīng)加鎖了，先把解鎖，調(diào)用schedule_timeout(timeout)，當(dāng)waiter.up=1后跳出for循環(huán)；退出函數(shù)之前再加鎖；
Linux內(nèi)核ARM構(gòu)架中原子變量的底層實(shí)現(xiàn)研究
rk3288 原子操作和原子位操作
原子變量適用于只共享一個(gè)int型變量；
1、原子操作是指不被打斷的操作，即它是最小的執(zhí)行單位。
2、最簡(jiǎn)單的原子操作就是一條條的匯編指令(不包括一些偽指令，偽指令會(huì)被匯編器解釋成多條匯編指令)
==常見(jiàn)函數(shù)：==
==以atomic_inc為例介紹實(shí)現(xiàn)過(guò)程==
在Linux內(nèi)核文件archarmincludeaatomic.h中。 執(zhí)行atomic_read、atomic_set這些操作都只需要一條匯編指令，所以它們本身就是不可打斷的。 需要特別研究的是atomic_inc、atomic_dec這類讀出、修改、寫回的函數(shù)。
所以atomic_add的原型是下面這個(gè)宏：
atomic_add等效于：
result（%0） tmp（%1） (v->counter)（%2） (&v->counter)（%3） i（%4）
注意：根據(jù)內(nèi)聯(lián)匯編的語(yǔ)法，result、tmp、&v->counter對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)都放在了寄存器中操作。如果出現(xiàn)上下文切換，切換機(jī)制會(huì)做寄存器上下文保護(hù)。
（1）ldrex %0,
意思是將&v->counter指向的數(shù)據(jù)放入result中，并且（分別在Local monitor和Global monitor中）設(shè)置獨(dú)占標(biāo)志。
（2）add %0, %0, %4
result = result + i
（3）strex %1, %0,
意思是將result保存到&v->counter指向的內(nèi)存中，
此時(shí) Exclusive monitors會(huì)發(fā)揮作用，將保存是否成功的標(biāo)志放入tmp中。
（4） teq %1, #0
測(cè)試strex是否成功（tmp == 0 ？？）
（5）bne 1b
如果發(fā)現(xiàn)strex失敗，從（1）再次執(zhí)行。
Spinlock 是內(nèi)核中提供的一種比較常見(jiàn)的鎖機(jī)制，==自旋鎖是“原地等待”的方式解決資源沖突的==，即，一個(gè)線程獲取了一個(gè)自旋鎖后，另外一個(gè)線程期望獲取該自旋鎖，獲取不到，只能夠原地“打轉(zhuǎn)”（忙等待）。由于自旋鎖的這個(gè)忙等待的特性，注定了它使用場(chǎng)景上的限制 —— 自旋鎖不應(yīng)該被長(zhǎng)時(shí)間的持有（消耗 CPU 資源），一般應(yīng)用在==中斷上下文==。
1、spinlock是一種死等機(jī)制
2、信號(hào)量可以允許多個(gè)執(zhí)行單元進(jìn)入，spinlock不行，一次只能允許一個(gè)執(zhí)行單元獲取鎖，并且進(jìn)入臨界區(qū)，其他執(zhí)行單元都是在門口不斷的死等
3、由于不休眠，因此spinlock可以應(yīng)用在中斷上下文中；
4、由于spinlock死等的特性，因此臨界區(qū)執(zhí)行代碼盡可能的短；
==spinlock加鎖以及解鎖過(guò)程：==
spin_lock(&devices_lock);
臨界區(qū)代碼
spin_unlock(&devices_lock);
==spinlock初始化==
==進(jìn)程和進(jìn)程之間同步==
==本地軟中斷之間同步==
==本地硬中斷之間同步==
==本地硬中斷之間同步并且保存本地中斷狀態(tài)==
==嘗試獲取鎖==
==
arch_spinlock_t結(jié)構(gòu)體定義如下：
==
==
arch_spin_lock的實(shí)現(xiàn)如下：
==
lockval（%0） newval（%1） tmp（%2） &lock->slock（%3） 1 slock的值賦值給lockval；并且（分別在Local monitor和Global monitor中）設(shè)置獨(dú)占標(biāo)志。
（2）add %1, %0, %4
newval =lockval +（1slock指向的內(nèi)存中，
此時(shí) Exclusive monitors會(huì)發(fā)揮作用，將保存是否成功的標(biāo)志放入tmp中。
（4） teq %2, #0
測(cè)試strex是否成功
（5）bne 1b
如果發(fā)現(xiàn)strex失敗，從（1）再次執(zhí)行。
通過(guò)上面的分析，可知關(guān)鍵在于strex的操作是否成功的判斷上。而這個(gè)就歸功于ARM的Exclusive monitors和ldrex/strex指令的機(jī)制。
（6）while (lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner)
如何lockval.tickets的next和owner是否相等。相同則跳出while循環(huán)，否則在循環(huán)內(nèi)等待判斷；
*
（7）wfe()和p_mb() 最終調(diào)用#define barrier()
a
volatile
(“”: : :”memory”) *
阻止編譯器重排，保證編譯程序時(shí)在優(yōu)化屏障之前的指令不會(huì)在優(yōu)化屏障之后執(zhí)行。
==
arch_spin_unlock的實(shí)現(xiàn)如下：
==
退出鎖時(shí)：tickets.owner++
==
出現(xiàn)死鎖的情況：
==
1、擁有自旋鎖的進(jìn)程A在內(nèi)核態(tài)阻塞了，內(nèi)核調(diào)度B進(jìn)程，碰巧B進(jìn)程也要獲得自旋鎖，此時(shí)B只能自旋轉(zhuǎn)。 而此時(shí)搶占已經(jīng)關(guān)閉，（單核）不會(huì)調(diào)度A進(jìn)程了，B永遠(yuǎn)自旋，產(chǎn)生死鎖。
2、進(jìn)程A擁有自旋鎖，中斷到來(lái)，CPU執(zhí)行中斷函數(shù)，中斷處理函數(shù)，中斷處理函數(shù)需要獲得自旋鎖，訪問(wèn)共享資源，此時(shí)無(wú)法獲得鎖，只能自旋，產(chǎn)生死鎖。
==
如何避免死鎖：
==
1、如果中斷處理函數(shù)中也要獲得自旋鎖，那么驅(qū)動(dòng)程序需要在擁有自旋鎖時(shí)禁止中斷；
2、自旋鎖必須在可能的最短時(shí)間內(nèi)擁有
3、避免某個(gè)獲得鎖的函數(shù)調(diào)用其他同樣試圖獲取這個(gè)鎖的函數(shù)，否則代碼就會(huì)死鎖；不論是信號(hào)量還是自旋鎖，都不允許鎖擁有者第二次獲得這個(gè)鎖，如果試圖這么做，系統(tǒng)將掛起；
4、鎖的順序規(guī)則（a) 按同樣的順序獲得鎖；b) 如果必須獲得一個(gè)局部鎖和一個(gè)屬于內(nèi)核更中心位置的鎖，則應(yīng)該首先獲取自己的局部鎖 ;c) 如果我們擁有信號(hào)量和自旋鎖的組合，則必須首先獲得信號(hào)量；在擁有自旋鎖時(shí)調(diào)用down(可導(dǎo)致休眠)是個(gè)嚴(yán)重的錯(cuò)誤的；）
==
rw（read/write）spinlock：
==
加鎖邏輯：
1、假設(shè)臨界區(qū)內(nèi)沒(méi)有任何的thread，這個(gè)時(shí)候任何的讀線程和寫線程都可以鍵入
2、假設(shè)臨界區(qū)內(nèi)有一個(gè)讀線程，這時(shí)候信賴的read線程可以任意進(jìn)入，但是寫線程不能進(jìn)入；
3、假設(shè)臨界區(qū)有一個(gè)寫線程，這時(shí)候任何的讀、寫線程都不可以進(jìn)入；
4、假設(shè)臨界區(qū)內(nèi)有一個(gè)或者多個(gè)讀線程，寫線程不可以進(jìn)入臨界區(qū)，但是寫線程也無(wú)法阻止后續(xù)的讀線程繼續(xù)進(jìn)去，要等到臨界區(qū)所有的讀線程都結(jié)束了，才可以進(jìn)入，可見(jiàn)：==rw（read/write）spinlock更加有利于讀線程；==
==
seqlock（順序鎖）：
==
加鎖邏輯：
1、假設(shè)臨界區(qū)內(nèi)沒(méi)有任何的thread，這個(gè)時(shí)候任何的讀線程和寫線程都可以鍵入
2、假設(shè)臨界區(qū)內(nèi)沒(méi)有寫線程的情況下，read線程可以任意進(jìn)入；
3、假設(shè)臨界區(qū)有一個(gè)寫線程，這時(shí)候任何的讀、寫線程都不可以進(jìn)入；
4、假設(shè)臨界區(qū)內(nèi)只有read線程的情況下，寫線程可以理解執(zhí)行，不會(huì)等待，可見(jiàn)：==seqlock（順序鎖）更加有利于寫線程；==
讀寫速度
：
CPU > 一級(jí)緩存 > 二級(jí)緩存 > 內(nèi)存
，因此某一個(gè)CPU0的lock修改了，其他的CPU的lock就會(huì)失效；那么其他CPU就會(huì)依次去L1 L2和主存中讀取lock值，一旦其他CPU去讀取了主存，就存在系統(tǒng)性能降低的風(fēng)險(xiǎn)；
mutex用于互斥操作。
互斥體只能用于一個(gè)線程，資源只有兩種狀態(tài)（占用或者空閑）
1、mutex的語(yǔ)義相對(duì)于信號(hào)量要簡(jiǎn)單輕便一些，在鎖爭(zhēng)用激烈的測(cè)試場(chǎng)景下，mutex比信號(hào)量執(zhí)行速度更快，可擴(kuò)展
性更好，
2、另外mutex數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義比信號(hào)量小;、
3、同一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以持有mutex
4、不允許遞歸地加鎖和解鎖
5、當(dāng)進(jìn)程持有mutex時(shí)，進(jìn)程不可以退出。
? mutex必須使用官方API來(lái)初始化。
? mutex可以睡眠，所以不允許在中斷處理程序或者中斷下半部中使用，例如tasklet、定時(shí)器等
==常見(jiàn)操作：==
struct mutex mutex_1;
mutex_init(&mutex_1);
mutex_lock(&mutex_1)
臨界區(qū)代碼；
mutex_unlock(&mutex_1)
==常見(jiàn)函數(shù)：==
=
創(chuàng)新互聯(lián)服務(wù)器托管擁有成都T3+級(jí)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房資源，具備完善的安防設(shè)施、三線及BGP網(wǎng)絡(luò)接入帶寬達(dá)10T，機(jī)柜接入千兆交換機(jī)，能夠有效保證服務(wù)器托管業(yè)務(wù)安全、可靠、穩(wěn)定、高效運(yùn)行；創(chuàng)新互聯(lián)專注于成都服務(wù)器托管租用十余年，得到成都等地區(qū)行業(yè)客戶的一致認(rèn)可。
文章題目：深入剖析ARMLinux內(nèi)核初始化流程(armlinux內(nèi)核初始化)
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