第三章 Linux内核启动：内核解压、设备树加载、init进程创建
好，我们继续往下走。上一章我们聊完了Bootloader的工作，它把内核镜像和dtb文件都加载到了内存里。现在，轮到Linux内核登场了。这一章，我会带你看看内核是怎么把自己解压出来的，怎么读取设备树，以及怎么创建出第一个用户空间进程——init。
说实话，这部分内容我当年啃了很久。因为内核启动的代码，大部分是汇编写的，而且涉及很多硬件细节。但别怕，我会把关键路径给你理清楚。
3.1 内核解压：从压缩镜像到可执行内核
你想想看，Bootloader加载到内存的zImage或Image.gz，其实是个压缩包。CPU没法直接执行压缩的代码。所以，第一步就是解压。
内核镜像的开头，有一段自解压代码。这段代码是用汇编写的，位置在 arch/arm/boot/compressed/head.S（ARM架构下）。如果是ARM64，路径类似，但细节有差异。
解压的过程，我简单概括一下：
- 设置解压地址：内核会检查当前运行地址和解压目标地址是否重叠。如果重叠，它会把自己先挪个位置，避免解压时覆盖自己。
- 解压算法：常见的有gzip、lz4、lzo。我记得在某个低端设备上，因为解压速度太慢，我们换过lz4，启动时间直接降了200ms。
- 跳转到解压后的入口：解压完成后，CPU跳转到
start_kernel之前的入口函数，通常是__mmap_switched或类似的符号。
核心要点：解压阶段，MMU（内存管理单元）通常是关闭的。所有地址都是物理地址。所以，你看到的任何地址操作，都是直接操作物理内存。
我曾经遇到过一个坑：某个项目的Flash读取速度很慢，导致内核解压时频繁等待I/O。后来我们在Bootloader里提前把内核拷贝到DDR中，解压速度才正常。嗯，这里要注意，解压阶段的I/O性能，直接影响启动时间。
3.2 设备树加载：硬件描述的传递
解压完成后，内核开始执行真正的初始化代码。这时候，它需要知道当前硬件长什么样——CPU型号、内存大小、外设地址等等。这些信息，就藏在设备树（Device Tree）里。
设备树的加载，其实在Bootloader阶段就开始了。Bootloader会把dtb文件的物理地址传给内核。内核启动时，会从这个地址读取设备树。
具体流程是这样的：
- 内核入口函数（比如
stext或_text）会接收三个参数：r0、r1、r2。在ARM架构中，r2就是设备树的物理地址。 - 早期解析：在
start_kernel调用之前，汇编代码会做一些最基本的设备树解析，比如获取内存大小，以便设置页表。 - 完整解析：进入
start_kernel后，内核调用setup_arch，其中会调用unflatten_device_tree，把扁平设备树（FDT）转换成内核可以操作的节点树结构。
个人经验：我建议你在调试启动问题时，打开内核的 earlyprintk 和 debug 选项。这样，设备树解析过程中的错误会直接打印出来。否则，设备树写错了，内核可能直接挂掉，连日志都看不到。
设备树里，最关键的几个节点：
| 节点路径 | 作用 |
|---|---|
/chosen |
传递启动参数（bootargs）、initrd地址等 |
/memory |
描述内存的起始地址和大小 |
/cpus |
描述CPU核心信息，比如架构、频率 |
/soc |
描述片上系统（SoC）内部的外设，比如UART、I2C、SPI |
说白了，设备树就是硬件的“身份证”。内核通过它，才知道该加载哪些驱动，不该加载哪些驱动。
3.3 init进程创建：从内核态到用户态
设备树解析完了，各种子系统也初始化好了（比如内存管理、调度器、中断系统）。这时候，内核要做一件非常重要的事——创建第一个用户空间进程。
这个进程，就是init进程。它的PID是1。
创建过程，我拆成几步来讲：
- 内核调用
kernel_init：这是一个内核线程，它负责执行用户空间的初始化。 - 查找init程序：内核会按顺序尝试以下几个路径：
/sbin/init/etc/init/bin/init/bin/sh（如果以上都找不到，最后尝试shell）
- 执行
run_init_process：找到init程序后，内核调用execve来执行它。这时候，内核线程就变成了用户空间的init进程。 - 挂载根文件系统：在执行init之前，内核必须挂载根文件系统。根文件系统的类型和设备，由启动参数
root=指定，或者从设备树的/chosen节点读取。
注意：如果根文件系统挂载失败，内核会panic。我曾经在一个项目里，因为内核编译时没把ext4驱动编进去，结果根文件系统是ext4格式，启动直接挂掉。排查了半天，最后发现是内核配置的问题。
init进程启动后，它会读取配置文件（比如 /etc/inittab 或 /init.rc），然后启动各种系统服务。在Android系统中，init进程会解析 init.rc 文件，启动zygote、servicemanager等核心进程。
嗯，这里有个细节：init进程是内核态切换到用户态的分水岭。在此之前，系统运行在内核态，只有内核线程。在此之后，系统进入用户态，init进程成为所有用户进程的祖先。
3.4 启动过程中的关键日志
我个人习惯，在调试启动问题时，会重点关注以下几行内核日志：
Uncompressing Linux... done, booting the kernel.—— 解压完成Machine model: ...—— 设备树中的机器型号Kernel command line: ...—— 内核启动参数VFS: Mounted root ... filesystem on device ...—— 根文件系统挂载成功Run /init as init process—— init进程开始执行
如果启动卡住了，看看最后一条日志出现在哪里。比如，如果卡在 Run /init 之前，那多半是根文件系统的问题。如果卡在之后，那就是init进程本身或它的配置文件有问题。
好了，这一章的内容就到这里。我们从内核解压，聊到了设备树加载，最后看到了init进程的诞生。下一章，我们会深入init进程，看看它是怎么解析 init.rc，以及怎么启动Android系统的核心服务的。