Linux内核源代码分析——第5章 reboot 系 统 调 用

3. sys_reboot
29298：内核中其他地方可能都没有sys_reboot的实现方法先进。其原因可以理解为：根据调
用的名字我们就可以知道，reboot系统调用可以用来重新启动机器。根据所提供的参数，它
还能够挂起机器，关闭电源，允许或者禁止使用Ctrl+Alt+Del组合键来重启机器。如果你要
使用这个函数编写代码，需要特别注意它上面的注释标题的警告：首先同步磁盘，否则磁盘
缓冲区中的数据可能会丢失。
由于它可能为系统引发的潜在后果，sys_reboot需要几个特殊参数，这一点马上就会讨论。
29305：如果调用者不具有CAP_SYS_BOOT（14096行）权能（capability），系统就会返回EP
ERM错误。权能在第7章中会详细讨论。现在，简单地说就是：权能是检测用户是否具有特定
权限的方法。
29309：在这里，这种偏执的思想充分发挥了作用。syst_reboot根据从16002到16005行定义
的特殊数字检测参数magic1和magic2。这种思想是：如果sys_reboot在某种程度上是被偶然
调用的，那么就不太可能再从由magic1和magic2组成的小集合中同时提取值。注意，这并不
意味着这是一个防止粗心的安全措施。
顺便说一下，这些特殊数字并不是随机选取的。第一个参数的关系是十分明显的，它是“感
受死亡（feel dead）”的双关语。后面的三个参数要用十六进制才能了解它们全部的意思：
它们分别是0x28121969，0x5121996，0x16041998。这似乎代表Linus的妻子（或者就是Linu
s自己）和他两个女儿的生日。由此推论，当Linus和他的妻子养育了更多儿女的时候，重启
动需要的特殊参数可能在某种程度上会增加。不过我想在他们用尽32位可能空间之前，他的
妻子就会制止他的行为了。
29315：请求内核锁，这样能保证这段代码在某一时间只能由一个处理器执行。使用lock_ke
rnel/unlock_kernel“函数对”所保护起来的任何其他代码对其他CPU都同样是不可访问的。
在单处理器的机器中，这只是一个no-op（不处理任何事情）；而详细讨论它在多处理器上的
作用则是第10章的内容。
29317：在LINUX_REBOOT_CMD_RESTART的情况中，sys_reboot调用一系列基于reboot_notifi
er_list的函数来通知它们系统正在重新启动。正常情况下，这些函数都是操作系统关闭时需
要清除的模块的一部分。这个列表函数似乎并不在内核中的其他地方使用—至少在标准内核
发行版本中是这样，也许此外的其他模块可能使用这个列表。不管怎样，这个列表的存在可
以方便其他人使用。
LINUX_REBOOT_CMD_RESTART和其他cmd识别出的值从16023行开始通过#define进行宏定义。这
些值并没有潜在的意义，选用它们的简单原因是它们一般不会发生意外，并且相互之间各不
相同。（有趣的是，LINUX_REBOOT_CMD _OFF是零，这是在意外情况下最不可能出现的一个值
。但是，由于LINUX_REBOOT_CMD_OFF简单地禁止用户使用Ctrl+Alt+Del重新启动机器，它就
是一种“安全”的意外了。）
29321：打印警告信息以后，sys_reboot调用machine_restart（2185行）重启机器。正如从
2298行中所看到的一样，machine_restart函数从来不会返回。但是不管怎样，对于machine
_restart的调用后面都跟着一个break语句。
这仅仅是经典的良好的编程风格吗？的确如此，但是却又不仅仅如此。文件kernel/sys.c的
代码是属于体系结构无关部分的。但是machine_restart，它显然是体系结构所特有的，属于
代码的体系结构特有的部分（arch/i386/kernel/process.c）。因而对于不同的移植版本也
有所不同。我们并不清楚以后内核的每个移植版本的实现都不会返回—例如，它可能调度底
层硬件重启但是本身要仍然持续运行几分钟，这就需要首先从函数中返回。或者更为确切的
说法是，由于某些特定的原因，系统可能并不总是能够重启；或许某些软件所控制的硬件根
本就不能重启。在这种平台上，machine_restart就应该可以返回，因此体系结构无关的代码
应该对这种可能性有所准备。
针对这个问题，正式的发行版本中都至少包含一个退出端口，使machine_ restart函数可以
从这个端口返回：m68k端口。不同的基于m68k的机器支持的代码也各不相同，由于本书主要
是针对x86的，我不希望花费过多的时间来解析所有的细节。但是这的确是可能的（在其他情
况下，machine_restart简单进入一个无限循环—既不重新启动机器，也不返回。但是这里我
们担心的是需要返回的情况）。
因此，我们毕竟是需要break的。前面看起来只是简单的习惯甚至是偏执的思想在这里为了内
核的移植性已经变成必须的了。
29324：接下来的两种情况分别允许和禁止臭名昭著的Ctrl+Alt+Del组合键（这三个组合键也
被称为“Vulcan神经收缩（Vulcan nerve pinch）”，“黑客之手（hacker’s claw）”，
“三指之礼（three-fingered salute）”，我最喜欢后面这个）。这些只是简单地设置全局
C_A_D标志（在29160行定义，在29378行检测）。
29332：这种情况和LINUX_REBOOT_CMD_RESTART类似，但只是暂停系统而不是将其重新启动。
两者之间的一个区别是它调用machine_halt（2304行）—这是x86上的一条no-op指令，但是
在其他平台上却要完成关闭系统的实际工作—而不是调用machine_restart。并且它会把mac
hine_halt不能暂停的机器转入低功耗模式运行。它使用do_exit（23267行）杀死内核本身。
29340：到现在为止，这已经是一种比较熟悉的模式了。这里，sys_reboot关闭机器电源，除
了为可以使用软件自行关闭电源的系统调用machine_power_off（2307行）之外，其他的应该
和暂停机器情况完全相同。
29348：LINUX_REBOOT_CMD_RESTART2的情况是已建立主题的一个变种。它接收命令，将其作
为ASCII字符串传递，该字符串说明了机器应该如何关闭。字符串不会由sys_reboot本身来解
释，而是使用machine_restart函数来解释；因而这种模式的意义，如果有的话，就是这些代
码是平台相关的（我使用“如果有”的原因是启动机器—特别是在x86中—一般只有一种方法
，因此其他的信息都可以被machine_restart忽略）。
29365：调用者传递了一个无法识别的命令。sys_reboot不做任何处理，仅仅返回一个错误。
因此，即使由magic1和magic2传递给sys_reboot正确的magic数值，它也无须处理任何内容。
29369：一个可识别的命令被传递给sys_reboot。如果流程执行到这里，它可能就是两个设置
C_A_D的命令之一，因为其他情况通常都是停止或者重新启动机器。在任何情况下，sys_reb
oot都简单把内核解锁并返回0以表示成功。
4. sys_sysinfo
24142：一个只能返回一个整型值的系统调用。如果需要返回更多的信息，我们只需要使用类
似于在系统调用中传递多于四个参数时所使用的技巧就可以了：我们通过一个指向结构的指
针将结果返回。收集系统资源使用情况的sysinfo系统调用就是这种函数的一个样例。
24144：分配并清空一个struct sysinfo结构（15004行）以暂时存储返回值。sys_sysinfo可
以把结构中的每个域都独立地拷贝出来，但是这样会速度很慢、很不方便，而且必然不容易
阅读。
24148：禁止中断。这在第6章中会有详细的介绍；作为目前来说，我们只要说明这种模式在
使用的过程中能够确保sys_sysinfo正在使用的值不会改变就足够了。
24149：struct sysinfo结构的uptime域用来指明系统已经启动并运行了的秒数。这个值是使
用jiffies（26146行）和HZ来计算的。jiffies计算了系统运行过程中时钟的滴答次数；HZ是
系统相关的一个参数，它十分简单，就是每秒内部时钟滴答的次数。
24151：数组avenrun（27116行）记录了运行队列的平均长度—也就是等待CPU的平均进程数
—在最后的1秒钟、5秒钟和15秒钟。calc_load（27135行）周期性地重复计算它的值。由于
内核中是要严格禁止浮点数运算的，所以只能通过计算变化的次数这一修正值来计算。
24155：同样记录系统中当前运行的进程数。
24158：si_meminfo（07635行）写入这个结构中的内存相关成员，si_swapinfo（38544行）
写入与虚拟内存相关的部分。
24161：现在整个结构都已经全部填充了。sys_sysinfo试图将其拷贝回用户空间，如果失败
就返回EFAULT错误，如果成功就返回0。
  

 

linux内核reboot2006

 

讲述如何实现linux内核的reboot

 linux/kernel/sys.c：

asmlinkage long sys_reboot(int magic1, int magic2, unsigned int cmd, void * arg)
这里提供系统调用reboot。可以通过lib引用完成。

case LINUX_REBOOT_CMD_RESTART:
  notifier_call_chain(&reboot_notifier_list, SYS_RESTART, NULL);
  printk(KERN_EMERG "Restarting system.\n");
  machine_restart(NULL);
  break;

linux/arch/arm/kernel/process.c

void machine_restart(char * __unused)
{
 /*
  * Clean and disable cache, and turn off interrupts
  */
 cpu_proc_fin();

 /*
  * Tell the mm system that we are going to reboot -
  * we may need it to insert some 1:1 mappings so that
  * soft boot works.
  */
 setup_mm_for_reboot(reboot_mode);

 /*
  * Now call the architecture specific reboot code.
  */
 arch_reset(reboot_mode);

 /*
  * Whoops - the architecture was unable to reboot.
  * Tell the user!
  */
 mdelay(1000);
 printk("Reboot failed -- System halted\n");
 while (1);
}

linux/include/asm-arm/cpu-multi32.h：

extern const struct processor arm7_processor_functions;
#define cpu_proc_fin()    processor._proc_fin()

linux/arch/arm/mm/proc-arm6,7.S：

/*
 * Purpose : Function pointers used to access above functions - all calls
 *      come through these
 */
  .type arm7_processor_functions, #object
ENTRY(arm7_processor_functions)
  .word cpu_arm7_data_abort
  .word cpu_arm7_check_bugs
  .word cpu_arm7_proc_init
  .word cpu_arm7_proc_fin
  .word cpu_arm7_reset
  .word cpu_arm7_do_idle

  /* cache */
  .word cpu_arm7_cache_clean_invalidate_all
  .word cpu_arm7_cache_clean_invalidate_range
  .word cpu_arm7_flush_ram_page

  /* dcache */
  .word cpu_arm7_dcache_invalidate_range
  .word cpu_arm7_dcache_clean_range
  .word cpu_arm7_dcache_clean_page
  .word cpu_arm7_dcache_clean_entry

  /* icache */
  .word cpu_arm7_icache_invalidate_range
  .word cpu_arm7_icache_invalidate_page

  /* tlb */
  .word cpu_arm7_tlb_invalidate_all
  .word cpu_arm7_tlb_invalidate_range
  .word cpu_arm7_tlb_invalidate_page

  /* pgtable */
  .word cpu_arm7_set_pgd
  .word cpu_arm7_set_pmd
  .word cpu_arm7_set_pte
  .size arm7_processor_functions, . - arm7_processor_functions

linux/include/asm-arm/arch-sa1100/system.h:

static inline void arch_reset(char mode)
{
 if (mode == 's') {
  /* Jump into ROM at address 0 */
  cpu_reset(0);
 } else {
  /* Use on-chip reset capability */
  RSRR = RSRR_SWR;
 }
}

 linux/include/asm-arm/cpu-multi32.h:

#define cpu_reset(addr)    processor.reset(addr)

 linux/arch/arm/mm/proc-arm6,7.S:

ENTRY(cpu_arm7_reset)
  mov r1, #0
  mcr p15, 0, r1, c7, c0, 0  @ flush cache
  mcr p15, 0, r1, c5, c0, 0  @ flush TLB
  mov r1, #0x30
  mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0  @ turn off MMU etc
  mov pc, r0