제 8 장 커널 & 파일 시스템 분석

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목 차

8.1 커널 컴파일8.2 커널 환경설정8.3 파일 시스템8.4 부팅 과정 분석

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8.1 Kernel Compile

커널이란 운영체제의 핵심을 이루는 요소로서 컴퓨터내의 자원을 사용자 프로그램이 사용할 수 있도록 관리하는 프로그램이다 . 이런 커널의 역할은 사용자가 작동시키는 응용프로그램과 하드웨어간의 조정자 역할을 맡는다 . 동시에 수행되는 여러 응용프로그램들 (엄밀히 말하자면 프로세스들과 쓰레드들이다 .)을 위해 메모리 관리를 해 주며 컴퓨터 자원을 배분하는 역할을 해 준다 .

컴파일이란 컴파일러를 이용하여 프로그램 소스로부터 수행 가능한 바이너리 코드를 만드는 과정을 말한다 . 리눅스 소스는 거의 대부분 C 언어로 작성되었으며 약간의 어셈블리 코딩을 가지고 있다 . 다음에 오는 과정은 이 커널을 X-Hyper270-TKU 보드에 맞게 설정하고 컴파일하는 것을 설명한다 .

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8.1 Kernel Compile

필요한 파일 (CD 에 있는 내용 )< 보드용 리눅스 커널 >

- X-Hyper270-TKU Kernel : linux-2.6.11-h270-tku_v1.1

커널을 압축시킨 파일 X-Hyper270-TKU Kernel : linux-2.6.11-h270-

tku_v1.1.tar.gz

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(make clean)make zImage

8.1 Kernel Compile

일반 커널 컴파일 순서

make menucofnig

(make mrprobe)

Fail(kernel panic)

Fusing&

Booting

<comfile 옵션 생성 >arch/ 시스템 type/Kconfig

< 커널 이미지 생성 >arch/ 시스템 type/zImage

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8.1 Kernel Compile

커널의 Boot 코드

( 압축 해제 코드 )

커널의 Boot 코드

( 압축 해제 코드 )

Compressed

& Stripped

Kernel Image

(vmlinuz)

“piggy.o”

Compressed

& Stripped

Kernel Image

(vmlinuz)

“piggy.o”

zImagezImageUncompressed

Kernel Image

(vmlinux)

Uncompressed

Kernel Image

(vmlinux)

Kernel

Source

Kernel

Source

“ELF” file “BIN” file

커널 이미지 생성과정

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8.1 Kernel Compile

X-Hyper270-TKU Kenel 인 linux-2.6.11-h270-tku_v1.1.tar.gz로 compile 하여 zImage( 커널 이미지 )를 생성 (CD 참조 )

Kernel source가 있는 디렉토리로 이동한다 . 먼저 아래 그림처럼 X-Hyper270-TKU 설정을 한 후 menuconfig 화면으로 이동한다 .

“make xhyper270tku_defconfig” 는 kernel 컴파일 옵션을 TKU 보드에 맞추어 주는 일을 한다 .

/Kernel]# cd linux-2.6.11-h270-tku_v1.1/linux-2.6.11-h270-tku_v1.1]# make xhyper270tku_defconfig/linux-2.6.11-h270-tku_v1.1]# make menuconfig

Xhyper270-tku 에 맞게 Kconfig 를 변경시켜준다 .

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8.1 Kernel Compile

make menuconfig 로 kernel configuration 한다 .

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8.1 Kernel Compile

이미 기본적인 설정은되어있으니 ,Exit로 저장만 하고 빠져나오면 된다

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8.1 Kernel Compile

make zImage 로 Kernel image 를 생성 (10~20 분 소요 )

컴파일 후 , arch/arm/boot 에 생성된 zImage 확인 및tftpboot directory 에 복사한다 .

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8.2 커널 환경설정 각 컴파일 과정 살펴보기 X-Hyper270-TKU의 Kernel 환경 설정은 menuconfig

를 이용한다 . 커널 컴파일하는 3가지 설정 방법중 하나로써 가장 많이 쓰이는 방법 중에 하나이다 . 이는 메뉴식 환경설정이어서 menuconfig 라 하고 나머지중 하나인 config 는 행단위 설정이며 또다른 하나인 xconfig 는 X- 윈도우 환경에서 사용할 수 있다 .

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8.2 커널 환경설정 Configuration language

Konfig<make menuconfig>

tristate [y][m][n] : 모듈타입 선택 가능

bool [y][n] :boolean 타입 / 모듈 X

make menuconfig 에서 나오는 선택 text

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8.2 커널 환경설정 Configuration language

Makefile obj-y : 조건에 상관없이 포함

obj-$(CONFIG_SAMPLE) : 심볼에 따라 포함

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8.2 커널 환경설정 Main Menu

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8.2 커널 환경설정 Code maturity level options ---> [*] Promprt for development and/or incomplete Code/drivers - 커널 코드의 성숙도를 선택하는 부분으로 개발버전

수준의 소스를 사용하게끔 선택해 주는 것이다 . 이것은 알파버전들을 커널에 포함시킬 것인지 묻는 항목 .

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8.2 커널 환경설정 Loadable module support --->

[*] Enable Loadable module Support version 1.2 이후부터 리눅스 커널은 모듈 기능을 이용한다 .

모듈을 이용하면 자주 쓰이지 않는 장치 드라이버나 기능들을 커널 바깥에 모듈로 만들어 두었다가 필요할 때에만 동적으로 메모리에 적재하여 사용한다 . 작업이 끝나면 메모리에서 다시 제거하므로 메모리를 효율적으로 사용할 수 있고 , 커널 크기가 감소한다 . 또한 , 모듈은 스스로가 컴파일되어 독자적인 기능을 가지므로 모듈로 설정한 기능에 변화가 있더라도 전체 커널에는 손대지 않을 수도 있다 . 파일시스템 , 장치 드라이버 , 바이너리 포맷 등 많은 기능이 모듈을 지원합니다 . 반드시 [*]를 선택한다 .

[*]Module unloadig / [*] Force module unloading 선택

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8.2 커널 환경설정 System Type ---> ARM system type(PXA2xx-based)

시스템 Type 중 X-Hyper PXA의 CPU 타입을 설정하는 창으로 PXA2xx-

based선택하여 그 안의 PXA2xx-based 기본으로 설정 된것을 확인한다 .

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8.2 커널 환경설정

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8.2 커널 환경설정 System Type ---> Intel PXA2xx Implementations --->

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8.2 커널 환경설정 아래와 같이 X-Hyper270-TKU를 선택한다

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8.2 커널 환경설정 General setup ---> 네트워킹과 버스 프로토콜 , 절전기능 등 시스템에 전반적으로

영향을 주는 설정들입니다 .

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8.2 커널 환경설정 General setup --->

PCMCIA/CardBus support --->

CardBus는 PC-카드를 위한 32 비트 버스 매스터링 아키텍쳐입니다 . (원래 PCMCIA 표준 제품들은 16 비트 와이드 버스밖에 없습니다 ) 새로 나온 PC-카드 대부분은 CardBus 카드들입니다 . PC-카드를 사용하려면 먼저 이 기능을 지원하는 소프트웨어를 (David Hind"s pcmcia-cs 패키지 ) 설치해야 합니다 .

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8.2 커널 환경설정 Memory Technology Devices (MTD) --->

RAM/ROM/Flash chip drivers --->

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8.2 커널 환경설정 Memory Technology Devices (MTD) --->

Mapping drivers for chip access --->

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8.2 커널 환경설정 Network device support --->

[*] Network device support

자신의 컴퓨터가 네트워크에 연결되어 있거나 SLIP이나 PPP를 사용하려면 선택합니다 .

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8.2 커널 환경설정 Networking options ---> < > Packet socket: mmapped IO 이 옵션을 활성화하면 패킷 프로토콜 드라이버는 더

빠른 통신을 지원하는 IO 메커니즘을 사용할 것입니다 . <*> Unix domain Sockets

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8.2 커널 환경설정 [*] TCP/IP networking 리눅스 시스템이 TCP/IP 네트워크가 되게 지원해주는

기능입니다 . TCP/IP 는 지역 네트워크 및 인터넷 표준 프로토콜이며 , 인터넷을 통하지 않는 Standalone 컴퓨터라 할지라도 , TCP/IP 는 필요합니다 . term과 XWindow 같은 프로그램은 TCP/IP 프로토콜을 사용하기 때문입니다 .

[*] IP: kerneL LeveL autoconfiguration : [*] IP: DHCP Support [*] IP: BOOTP Support [*] IP: RARP Support 클라이언트 시스템이 부팅할때 DHCP 나 BOOTP

서버로부터 네트워크 설정 정보를 가져오는 기능입니다 . 디스크가 없이 부트하는 시스템에 쓰이며 , "NFS를 통한 루트 파일시스템 " 항목도 역시 [Y]를 선택해야 합니다 .

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8.2 커널 환경설정

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8.2 커널 환경설정 Network device support ---> Ethernet (10 or 100Mbit) --->

<*> SMC 91C9x/91C1xx 1 support

X-Hyper270-TKU Ethernet 카드중 10/100 Base-T 인 SMC91C111 을 지원

<*> SMC 91C9x/91C1xx 2 support

X-Hyper270-TKU Ethernet 카드중 10 Base-T 인 CS8900 을 지원

<*> CS8900 support

X-Hyper270-TKU Ethernet 카드중 10 Base-T 인 CS8900 을 지원

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8.2 커널 환경설정 ATA/ATAPI/MFM/RLL support --->

ATA/(E)IDE and ATAPI units 에 대한 설정

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8.2 커널 환경설정<*> X-Hyper27x IDE daughter board support X-Hyper-TKU 의 IDE Interface 를 선택합니다 .

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8.2 커널 환경설정 Character devices ---> 터미널 , 비디오 어뎁터 , 마우스 , 프린터 등 문자 단위로

데이터를 다루는 다양한 장치들을 지원합니다 .

[*] VirtuaL terminaL 하나의 물리적인 터미널 위에 여러 개의 가상 터미널을 실행하는

기능입니다 . 가상 터미널은 여러 개의 X 세션을 띄울 수도 있으며 모니터 여러 개를 동시에 사용할 수도 있습니다 .

[*] Support for conSoLe on virtuaL terminaL 시스템 콘솔은 모든 커널메시지와 경고 메시지를 수취하고 ,

단독 사용자 모드에서 로그인을 허용하는 장치입니다 .

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8.2 커널 환경설정 Character devices ---> 터미널 , 비디오 어뎁터 , 마우스 , 프린터 등 문자

단위로 데 이터를 다루는 다양한 장치들을 지원합니다 . [*] ADS78843 Touch Screen Ads7843 터치스크린 장치 추가 [*] Standard/generic (dumb) SeriaLSupport 모뎀과 시리얼 마우스 , 시리얼 디바이스를 사용하는

기능

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8.2 커널 환경설정 [*] PXA serial port support [*] console on PXA Serial port 직렬 포트를 시스템 콘솔로 쓸 수 있는 옵션이다 . (

시스템 콘솔은 커널 메세지와 경고들을 받아 뿌려주고 싱글 유저 모드로 로긴할 수 있게 해주는 디바이스입니다 .) 가령 직렬 포트 프린터 등으로 여러 메시지들을 기록할 수도 있습니다 . 여기서 [Y]를 설정해도 커널 패러미터를 조정하지 않으면 /dev/tty0가 시스템 콘솔로 그대로 잡혀 있습니다 . 예를 들어 두번째 시리얼 포트를 시스템 콘솔을 바꾸려면 커널 명령 라인에 "console=ttyS1" 명령을 씁니다 . "man bootparam"이나 부트 로더용 문서들을 보면 부트 로더 (lilo나 loadlin)가 부팅할 때 어떤 옵션을 넣어야 하는지 알 수 있습니다 .

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8.2 커널 환경설정 [*] Legacy (BSD) PTY Support PTY는 소프트웨어로 구동되는 의사 장치입니다 (pseudo

terminal). 매스터와 슬레이브 두 부분으로 구성되어 있는데 물리적 터미널과 똑 같이 동작하며 슬레이브는 터미널을 흉내냅니다 . 매스터 디바이스는 슬레이브로부터 데이터를 읽거나 , 혹은 슬레이브에 데이터를 쓸 때에 사용합니다 . 전형적인 매스터 사이드 프로그램은 telnet 서버나 xterm 입니다 .

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8.2 커널 환경설정

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8.2 커널 환경설정 File systems --->

리눅스에서 접근할 수 있는 다양한 파일시스템에 대한 설정 . 모든 운영체제는 고유한 파일시스템 형식을 가지고 있다 . 일반적으로 다름 운영체제의 파일시스템으로부터 읽거나 쓰는 작업을 위해서는 특별한 응용프로그램들을 설치해야 한다 . 그러나 리눅스에서는 커널 모듈을 통해 이런 일들이 가능하다 .

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8.2 커널 환경설정 File systems --->

YAFFS support --->

NAND Filesystem으로 가장 많이 사용하는 YAFFS 를 선택

* 참고 : http://www.aleph1.co.uk/yaffs

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8.2 커널 환경설정 <*> Second extended fs support

[*] Ext2 extended attributes

<*> Ext jounalliing file system support

[*] Ext3 extended attributes

Linux에서 가장 많이 사용하는 Ext2와 저널링 기능이

추가된 Ext3 를 사용

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8.2 커널 환경설정 Graphics support ---> Consule display driver support ---> <*> Framebuffer Console support

콘솔에서 그래픽 기능을 사용할 수 있도록 커널자체가 지원하는 기능입니다 . 잘못 설정하면 모니터나 비디오 카드에 물리적인 손상을 줄 수도 있습니다 . 확실하지 않으면 [N]을 선택합니다 . 프레임 버퍼는 리눅스에서 지원되는 여러가지의 하드웨어 종류에 대해 동일하게 접근하도록 만들어 주기 때문에 응용 프로그램 작성이 매우 쉽고 , 이식성이 좋은 환경을 제공합니다 . 프레임 버퍼의 모든 기능을 완전히 사용하기 위해서는 이름이 fbset인 유틸리티 프로그램이 필요합니다 . XHYPER270은 PXA LCD를 지원합니다 .

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8.2 커널 환경설정

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8.2 커널 환경설정 Sound --->

사운드 장치들을 지원합니다 .

<*>Open Sound System(DEPRECATED)

<*>PXA Audio

<*>PXA AC97 audio support

Intel 에서 제공되어지는 PXA27x 용인 AC97 를 지원합니다 .

8.3 File System

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8.3 파일 시스템 타겟보드의 filesystem은 사양에 맞게 여러가지를 선택적으로

사용할 수 있다 .

종류 Ramdisk

Jffs

Jffs2

Cramfs

Ramfs

Yaffs

각각의 장단점이 있으니 개발자의 사양에 맞게 사용을 하면 된다 .

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8.3 파일 시스템 Root filesystem(“/”)에는 커널이 동작하기 위한 공간과

library, util등이 포함된다 .

Root filesystem으로 JFFS2파일시스템을 사용하면 , x image등의 크기가 큰파일들을 플래시메모리에 저장하여 SDRAM의 여분을 늘리고 , mount 할때는 jffs2를 사용한다 .

Root filesystem크기가 작고 시스템의 빠른 접근이 필요할 때는 Ramdisk 파일시스템을 사용한다 . 파일시스템은 개발할 시스템에 알맞게 구현하여야 할 것이다 .

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8.3 파일 시스템 JFFS(Journalling Flash File System) JFFS2 개요 JFFS2파일시스템은 MTD드라이버에 의해 flash 메모리에서

구현되는 filesystem이다 . JFFS2는 file을 압축하여 , 용량의 극대화를 이룰 수가 있습니다 .

Kernel configuration 플래시 메모리를 jffs2파일시스템으로 사용하기 위한 설정 .

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8.3 파일 시스템 General Setup 설정값 “console=ttyS0, 115200 console=tty0 mem=128M

root=1F02 rw” root=1f02 루트파일시스템 (“/”)의 주번호 1f(31), 부번호 02(3번

째 ) 의 장치파일 "console=ttyS0,115200“

사용할 시리얼 장치와 속도 설정 JFFS2를 사용하기 위해서는 먼저 MTD Driver 를 활성화

해주어야 한다 .

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8.3 파일 시스템 MTD드라이버로써 플래시 메모리 디바이스 드라이버를

메뉴컨피그에서 활성화 해야 한다 .

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8.3 파일 시스템 RAM/ROM/Flash chip drivers를 선택한 하위

항목 • 32-bit busswitch,• 2-chip,• Untel/Sharp flash chip

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8.3 파일 시스템 CFI Flash device mapped on XHyper2xx xscale evalboard를 선택

플래시 메모리의 공간을 사용하는 타겟보드의 설정으로 사용한다.

위의 선택으로 drivers/mtd/maps/xhyper270tku.c파일이 컴파일된다.

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8.3 파일 시스템 drivers/mtd/maps/xhyper270tku.c파일

NOR FLASH메모리 (32MB) 를

위한 파티션 크기를 define 해 놓았다 .

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8.3 파일 시스템 mtd디바이스가 선택되면 JFFS2파일시스템을 선택할 수 있게 된다 . Jffs2 image는 mkfs.jffs2 라는 유틸을 통해 image로 만든다 .

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8.3 파일 시스템 mkjffs2 사용법 스크립트의 내용은 다음과 같다 .

생성된 rootfs.img 이미지를 bootloader 를 이용해 다운로드 한 후 에는 필히 flash 에 write 해 주어야 한다 .

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head.S

$KERNEL_SRC/arch/arm/boot/compressed/

Head-armv.S b SYMBOL_NAME(start_kernel)

start_kernel()

$KERNEL_SRC/init/main.c

커널 초기화 시작

8.4 부팅 과정 분석

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start_kernel()

$KERNEL_SRC/init/main.c

1. lock_kernel() 다른 부분에서 커널로의 진입을 방지

2. setup_arch() Architecture 에 의존적인 내용들 ( 프로세서 , 보드 ) 을 설정

a. setup_processor()

b. setup_architecture()

3. paging_init() Page Table 설정 , Memory Map 초기화

4. trap_init() 커널이 사용하게 될 예외상황 (Exception*) 처리 부분 초기화

* Exception 종류 : Reset, Software Interrupt, IRQ, …

5. init_IRQ() 인터럽트를 나타내는 descriptor 구조체인 irq_desc[] 초기화 ,

irq_arch_irq() 호출 : Architecture 에 의존적인 인터럽트 초기화

init_dma() 호출 : DMA 를 사용하는 디바이스들 초기화

6. sched_init() 스케줄러 초기화 ( 주로 Bottom Half* 에 대한 초기화 )

Bottom Half : Kernel 2.4.X 버전부터 “ tasklet”

tasklet : softirq_init() 이 담당

8.4 부팅 과정 분석

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7. time_init() Timer 인터럽트 초기화

8. console_init() 콘솔 (console) 초기화 ( 디버깅 정보 혹은 시스템 정보 출력 )

9. init_modules() 커널 설정 시 “ CONFIG_MODULES” 가 정의되어 있을 때 호출됨

커널의 모듈 설정과 관련된 부분 초기화 수행

10. kmem_cache_init() 전체 커널 메모리 공간에서 가지는 커널 object 를 위한

cache 를 연결 리스트 (linked list) 형태로 유지

: “cache_chain”

11. mem_init() 메모리 시스템 초기화 , 얼마 정도의 메모리가 사용 가능한지 알려줌

12. proc_root_init() /proc 이하의 메모리 내에 존재하는 파일 시스템 생성

6. sched_init()

......

proc_net = proc_mkdir(“net”, 0);

proc_mkdir(“sysvipc”, 0);

proc_sys_root = proc_mkdir(“sys”, 0);

proc_root_fs = proc_mkdir(“fs”, 0);

proc_root_driver = proc_mkdir(“driver”, 0);

proc_tty_init();

proc_device_tree_init();

proc_bus = proc_mkdir(“bus”, 0);

......

각 시스템 정보들에 대한Entry

8.4 부팅 과정 분석

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13. kernel_thread() 커널에서 사용할 쓰레드 (Thread) 생성 : “init()” 호츌

14. cpu_idle() 시스템에서 어떤 이벤트 (event) 가 발생하기를 무한정 기다림12. proc_root_init()

......

cpu_idle()

{

while(1)

{

while(!current->need_resched)

idle();

}

}

......

8.4 부팅 과정 분석

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$KERNEL_SRC/init/main.c

init()1. lock_kernel() 다른 부분에서 커널로의 진입을 방지

2. do_basic_setup() start_kernel() 에서 다 처리하지 못한 시스템의

나머지 부분들을 초기화 : PCI, IrDA, PCMCIA, …

* 여기까지 수행하면 Machine 에 관한 초기화는 끝 !

sock_init()

Initrd 가 설정되어 있다면 initial RAM disk 설정

filesystem_setup()

mount_root()

mount_devfs_fs()디바이스에 대한 파일 시스템 설정: 디바이스들에 대한 것을 파일 시스템과 같은 구조로 만들기 위해 사용 (UNIX 는 모든 디바이스들을 파일로 처리 )

8.4 부팅 과정 분석

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3. free_initmem() 시스템 초기화에만 사용하고 , 이후에는 사용하지 않는메모리 영역을 해제하여 메모리를 증가시킴

4. unlock_kernel()

5. execve(“/sbin/init”, ...)

execve(“/etc/init”, ...)

execve(“/bin/init”, ...)

execve(“/bin/sh”, ...)

시스템 콜 (System Call)

2. do_basic_setup()

만약 4 개의 ‘ init’ 중 아무 것도 실행이 안된다면 ,

6. panic(“No init found. ...”)

init daemon 생성 init daemon

PID == “1”

모든 프로세스의 부모 프로세스

/etc/inittab 내용들을 수행

하위 레벨에서의 부팅 및 커널 초기화 과정 종료 !!!

“init” daemon 생성 과정

8.4 부팅 과정 분석

파일시스템에 init 파일내용을 수행

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8.4 부팅 과정 분석

inittab 에서 수행하는내용

etc/inittab