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标题: Linux 关机重启流程分析 [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-5-7 16:34 标题: Linux 关机重启流程分析

1.概述在linux下的关机和重启可能由两种行为引发，一是通过用户编程，一是系统自己产生的消息。用户和系统进行交互的方式也有两个，一个是系统调用：sys_reboot，另一个就是apm或则acpi的设备文件，通过对其操作也可以使系统关机或者重启。
2.通过系统调用sys_reboot的重启这个系统调用定义了一系列的MAGIC_NUMBER，在调用的开始部分首先检查MAGIC_NUMBER是否正确，只有正确才继续向下运行。在重启的时候转向分支

1	case LINUX_REBOOT_CMD_RESTART:

首先使用notifier_call_chain向其它部分发出重启的消息，然后调用machine_restart函数完成重启。
machine_restart函数的开始部分有一段SMP相关的代码，主要完成多CPU时由一个CPU完成重启操作，其它CPU处于等待状态。之后系统根据一个变量reboot_thru_bios的内容判断重启方式，通过阅读reboot_setup我们可以得知，这个参数的内容是在系统启动时指定的，决定了是否利用bios，事实上是系统复位后的入口(FFFF：0000)地址的程序进行重启。在不通过bios进行重启的情况下，系统首先设定了重启标志，然后向端口0xfe写入数字0x64,这种重启的具体原理我还不大清楚，似乎是模拟了一次reset键的按下，希望大家和我讨论。在通过bios重启的情况下，系统同样先设定了重启模式，然后切换到了实模式，通过一条ljmp $0xffff,$0x0完成了重启。
3.通过系统调用sys_reboot进行关机在系统调用的处理分支上，我们可以看到，首先同样是检查MAGIC_NUMBER，然后在

1	case LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF:

的执行流程里面，又是使用notifier_call_chain发出了关闭计算机电源的消息，紧接着执行了machine_power_off函数。我们在machine_power_off函数中可以看到，如果pm_power_off这个函数指针不为空，那么系统就会通过调用这个函数进行关机。在apm已经加载的情况下(SMP除外)，实际上pm_power_off函数实际上指向了apm.c中的apm_power_off，在这个函数里系统通过apm_info结构里的值，使用切换到实模式关机，或者使用apm_bios_call_simple函数调用保护模式下的apm接口关机两种方法。
4.apm驱动本身的关机过程apm使用其注册的设备的ioctl接口完成apm的操作，在apm.c的do_ioctl函数中可以看见处理的分支。这里只有suspend和standby的代码，所以我们不能通过ioctl这种方法使用apm关机。
当用户按下POWER开关的时候，如果有apm模块，那么关机流程是由apm来处理的。apm驱动在初始化的时候启动了一个apm内核线程：apm_mainloop，系统会在这里检测到POWEROFF按键消息并且将其命名为APM_SYS_SUSPEND，以区别apm -s设置的APM_USER_SUSPEND模式。紧接着进入了apm_event_handler函数，又从apm_event_handler函数进入了check_events函数，处理函数对应的case分支上。系统同样使用了suspend函数进行关机，不过由于其它参数的原因，suspend最后调用的是关机的流程。
5.解决问题实例1)按POWER键时某些主板死机
经查只有某些特定的驱动装载之后才会出现这样的情况，并且当使用关机系统调用sys_reboot的时候没有这样的问题。分析apm的处理流程，怀疑是在关机前驱动程序没有正确处理apm发出的询问消息造成的。由于部分驱动程序没有源代码，决定hack掉apm.c的关机部分，让两种方式的关机走同样的流程。于是把apm.c的check_events函数中对APM_SYS_SUSPEND部分改写为如下代码：

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ret = exec_usermodehelper(poweroff_helper_path, argv, envp);
if (ret) {
printk(KERN_ERR
"apm.c: failed to exec %s , errno = %d\\n",
poweroff_helper_path, errno);
}
break;

定义了一个用户态应用程序poweroff_helper_path，当POWEROFF键按下的时候系统运行这个kernel_helper程序。我们再写一个通过sys_reboot系统调用关机的程序，放在指定的位置下。死机的问题就解决了。
2)快速返回实模式重启
主要可以参考了process.c中的返回实模式的代码，比如我把real_mode_switch换成如下代码：

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// For fast reboot support
static unsigned char fast_reboot_switch [] =
{
0x66, 0x0f, 0x20, 0xc0,                /* movl  %cr0,%eax       */
0x66, 0x25, 0x10, 0x11, 0x11, 0x11, /* andl  $0x11111110,%eax */
0x66, 0x0f, 0x22, 0xc0,                /* movl  %eax,%cr0       */
0xea, 0x00, 0x00, 0x00, 0x70       /* ljmp  $0x7000,$0x0000  */
};

系统就可以切换到实模式中，然后跳转到7000H:0位置开始执行。
6.ACPI概述在2.4.20内核中ACPI模块被注明为试验和未完成，里面有一部分功能也许没有实现。如果APM和APCI两个模块同时编译进内核，APM在ACPI前被加载，APM起作用使ACPI退出。对于系统电量、电源实践一类的支持（主要是在笔记本上有用），靠的是acpid这个daemon程序。
没有一个功能类似apm的应用程序切换状态，acpi的程序仅仅完成了对acpi状态的查询。用户实现S0-S4的功能可以直接向/proc/acpi/sleep文件中写入数字来实现。通过读出(cat)其中的内容可以知道系统到底支持那些模式。
acpi模块的源代码主程序在linux/drivers/acpi/driver.c中，如果向sleep文件写东西，就转到了linux/drivers/acpi/ospm/system/sm_osl.c文件的sm_osl_proc_write_sleep函数中，这个函数后来调用了sm_osl_suspend函数。在这个函数里完成了各种功能，包括保护各种状态。最后真正的sleep是通过对acpi_enter_sleep_state的调用完成的，这个函数在linux/drivers/acpi/hardware/hwsleep.c文件中，这里写了acpi的寄存器使系统进入sleep状态。写寄存器的指令在这个目录下面的hwregs.c中。
7.总结本文对acpi的介绍非常简略，实际上ACPI必定会成为将来linux内核中首选的电源管理方式。由于目前官方代码中ACPI版本较低，所以没有太详细的论述，希望将来的内核能有所改变。

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