大西冰城的博客

Linux内核启动探秘：从汇编到C语言的完整调用链路

Linux
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2025/09/12
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从事嵌入式Linux这么久，一直在dts、驱动、应用等方面打转，对Linux的源码了解甚少。最近决定深入内核源码，就从最基础的问题开始：Linux内核是怎么启动的？它的主入口在哪里？

由于Linux内核是在持续更新中的，本文分析源码时内核版本为6.16.7，其实也大差不差的。

启动流程概览：从硬件到软件的过渡

很多人可能以为Linux内核启动就像普通程序一样，直接从main函数开始。但实际上，在进入到C语言编写的main.c文件之前，系统必须先通过汇编代码完成最基础的硬件初始化工作。

这是因为此时硬件环境还没有准备好运行C语言代码。以x86架构为例，内核的入口文件是arch/x86/boot/header_32.S(32位)或header_64.S(64位)，该文件完成了最初的硬件初始化工作，设置了段寄存器，启用了分页等，然后跳转到C语言编写的main.c文件,这里我们挑选header_64.S，里面有这么一段代码：(在第415行)

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.Ljump_to_C_code:
	xorl	%ebp, %ebp	# clear frame pointer
	ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE
	callq	*initial_code(%rip) #这里很关键
	ud2

这段代码的关键在于第三行的 callq *initial_code(%rip)让我们逐行分析：

  • xorl %ebp, %ebp - 清零帧指针寄存器，为进入C函数做准备
  • ANNOTATE_RETPOLINE_SAFE - 这是一个安全标记，用于防御侧信道攻击
  • callq *initial_code(%rip) - 这是最关键的一行，它通过间接调用跳转到 initial_code 变量所指向的地址
  • ud2 - 未定义指令，如果程序执行到这里说明出现了错误

initial_code 的定义就在同一个文件里，第479行：

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    	/* Both SMP bootup and ACPI suspend change these variables */
	__REFDATA
	.balign	8
SYM_DATA(initial_code,	.quad x86_64_start_kernel) # 指向架构相关的启动函数

简单来说，这行代码的意思是：定义一个名为 initial_code 的8字节变量，它的值是 x86_64_start_kernel 函数的地址。

从汇编到C语言的桥梁

x86_64_start_kernel 不在当前的汇编文件里，而是在 arch/x86/kernel/head_64.c 中，开头注释直接说明了它的职责：

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// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 *  prepare to run common code
 *
 *  Copyright (C) 2000 Andrea Arcangeli <andrea@suse.de> SuSE
 */

/* cpu_feature_enabled() cannot be used this early */

这是个C语言中间层，为进入真正的内核初始化做准备。直接找到 x86_64_start_kernel 的定义（第291行）：

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void __init __noreturn x86_64_start_reservations(char *real_mode_data)
{
	/* version is always not zero if it is copied */
	if (!boot_params.hdr.version)
		copy_bootdata(__va(real_mode_data));

	x86_early_init_platform_quirks();

	switch (boot_params.hdr.hardware_subarch) {
	case X86_SUBARCH_INTEL_MID:
		x86_intel_mid_early_setup();
		break;
	default:
		break;
	}

	start_kernel(); #看这里，终于进入到真正的内核初始化函数了
}

虽然代码看起来挺复杂，但对于我们理解内核启动流程来说，最重要的就是最后一行 start_kernel()，这个函数才是真正的内核主入口点，接下来我们就来到了Linux内核的大门口main.c文件了。

内核的真正入口：main.c

main.c文件位于init/main.c，这是内核初始化的核心文件，包含了内核启动时的各种初始化工作，那么直接看start_kernel()函数的定义(第898行)：

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void start_kernel(void)
{
	char *command_line;
	char *after_dashes;

	set_task_stack_end_magic(&init_task);
	smp_setup_processor_id();
	debug_objects_early_init();
	init_vmlinux_build_id();

	cgroup_init_early();

	local_irq_disable();
	early_boot_irqs_disabled = true;

	/*
	 * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
	 * enable them.
	 */
	boot_cpu_init();
	page_address_init();
	pr_notice("%s", linux_banner);
	setup_arch(&command_line);
	/* Static keys and static calls are needed by LSMs */
	jump_label_init();

	/** ... 省略部分代码 ... **/
	/* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */
	rest_init();

	/*
	 * Avoid stack canaries in callers of boot_init_stack_canary for gcc-10
	 * and older.
	 */
#if !__has_attribute(__no_stack_protector__)
	prevent_tail_call_optimization();
#endif
}

你可以看到，这个函数做了很多初始化工作，比如 boot_cpu_init() 是在初始化启动CPU，page_address_init() 初始化页地址映射等等，当然，这里只是展示了部分代码，start_kernel() 函数非常长，感兴趣的小伙伴可以自行查看源码，这里如果展开全部讲，我们可能需要写一本书了，哈哈。

到这里整条链路就清晰了：header_64.S 完成最基础的硬件初始化，通过 initial_code 变量跳进 x86_64_start_kernel，再经 x86_64_start_reservations 最终落到 start_kernel()。

内核源码庞大，start_kernel() 本身就几百行，每一个初始化函数背后都是另一个兔子洞。这篇只把最外层的调用链走了一遍——知道”从哪里进来”比”每一步干了什么”重要，后者可以一个函数一个函数慢慢啃。

Author：大西冰城

Link：http://steven-feng.com/2025/09/12/Linux%E5%86%85%E6%A0%B8%E5%90%AF%E5%8A%A8%E6%8E%A2%E7%A7%98%EF%BC%9A%E4%BB%8E%E6%B1%87%E7%BC%96%E5%88%B0C%E8%AF%AD%E8%A8%80%E7%9A%84%E5%AE%8C%E6%95%B4%E8%B0%83%E7%94%A8%E9%93%BE%E8%B7%AF/

Publish date：September 12th 2025, 4:54:40 pm

Update date：April 22nd 2026, 5:54:57 pm

License：本文采用知识共享署名-非商业性使用 4.0 国际许可协议进行许可

CATALOG
  1. 1. 启动流程概览：从硬件到软件的过渡
  2. 2. 从汇编到C语言的桥梁
  3. 3. 内核的真正入口：main.c
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