setup_arch()

다음 그림은 ARM64 아키텍처가 setup_arch() 함수내에서 준비하는 과정 중 메모리 할당자 및 매핑 시스템에 대한 전개 과정을 보여준다.

부트 업 순간 memblock_add() 및 memblock_reserve() 등의 API를 사용할 수 있다. 그러나 메모리에 대한 매핑이 완료되지 않은 상태에서는 memblock_alloc() 함수를 사용할 수 없다.
paging_init()이 완료된 이후 부터는 early 메모리 할당자인 memblock을 사용하여 메모리 영역 중 빈 영역을 할당할 수 있다.
setup_arch() 및 mm_init()이 완료된 이후 부터는 정규 메모리 할당자 들이 사용될 수 있다.

arch/arm64/kernel/setup.c -1/2-

void __init __no_sanitize_address setup_arch(char **cmdline_p)
{
        init_mm.start_code = (unsigned long) _text;
        init_mm.end_code   = (unsigned long) _etext;
        init_mm.end_data   = (unsigned long) _edata;
        init_mm.brk        = (unsigned long) _end;

        *cmdline_p = boot_command_line;

        /*
         * If know now we are going to need KPTI then use non-global
         * mappings from the start, avoiding the cost of rewriting
         * everything later.
         */
        arm64_use_ng_mappings = kaslr_requires_kpti();

        early_fixmap_init();
        early_ioremap_init();

        setup_machine_fdt(__fdt_pointer);

        /*
         * Initialise the static keys early as they may be enabled by the
         * cpufeature code and early parameters.
         */
        jump_label_init();
        parse_early_param();

        /*
         * Unmask asynchronous aborts and fiq after bringing up possible
         * earlycon. (Report possible System Errors once we can report this
         * occurred).
         */
        local_daif_restore(DAIF_PROCCTX_NOIRQ);

        /*
         * TTBR0 is only used for the identity mapping at this stage. Make it
         * point to zero page to avoid speculatively fetching new entries.
         */
        cpu_uninstall_idmap();

        xen_early_init();
        efi_init();

        if (!efi_enabled(EFI_BOOT) && ((u64)_text % MIN_KIMG_ALIGN) != 0)
             pr_warn(FW_BUG "Kernel image misaligned at boot, please fix your bootloader!");

        arm64_memblock_init();

        paging_init();

ARM64 아키텍처에 초기화를 진행한다. 주로 커널 및 메모리 매핑과 reserve 영역들을 등록한다.

코드 라인 3~6에서 커널 코드 영역과, 데이터 영역(컴파일 타임에 초기화된 데이터 및 초기화되지 않은 데이터 영역)의 가상 주소를 지정한다.
코드 라인 8에서 boot_command_line을 출력 인자 cmdline_p에 대입한다.
코드 라인 15에서 arm64 아키텍처가 보안을 위해 커널 매핑 위치를 랜더마이즈를 함에 따라 non-global 매핑을 사용하는지 여부를 알아온다.
코드 라인 17에서 fixmap을 사용할 수 있도록 페이지 테이블에 매핑해둔다.
코드 라인 18에서 fixmap 가상 주소 영역을 사용하여 7개 디바이스까지 각 디바이스 당 최대 256K 영역을 지원하는 임시(early) 매핑을 할 수 있도록 준비한다.
코드 라인 20에서 디바이스 트리를 스캔하여 해당 머신에 대한 메모리 정보 및 커멘드 라인 파라메터 정보를 알아온다.
코드 라인 26에서 static 브랜치 사용을 준비한다.
코드 라인 27에서 커멘드 라인 파라메터들 중 early 파라메터에 대한 파싱 및 이에 대응하는 함수를 동작 시킨다.
코드 라인 34에서 현재 cpu의 DAIF 플래그를 복구한다.
- irq는 현재 시점에서 허용하지 않지만, asynchronous aborts와 fiq는 earlycon 이후로 동작될 수도 있다.
코드 라인 40에서 유저용 페이지 테이블을 가리키는 ttbr0는 부트 업 현재 시점까지 1:1 매핑 영역 페이지 테이블에 연결되어 사용되었다. 여기에서는 현재 cpu가 이러한 1:1 identity 매핑 테이블을 사용하지 않게 한다.
코드 라인 42에서 ARM64의 경우 xen 하이퍼바이저를 위해 따로 준비한 셋업 코드가 없다.
코드 라인 43에서 최근 ARM64 서버에서 EFI 펌웨어를 지원한다. 이의 사용을 위해 준비한다. 서버를 제외한 임베디드에서는 대부분 지원하지 않는다.
코드 라인 48에서 memblock 영역에 reserve할 영역을 등록해둔다.
코드 라인 50에서 커널 영역과 메모리 영역을 모두 정규 매핑한다.

arch/arm64/kernel/setup.c -2/2-

        acpi_table_upgrade();

        /* Parse the ACPI tables for possible boot-time configuration */
        acpi_boot_table_init();

        if (acpi_disabled)
                unflatten_device_tree();

        bootmem_init();

        kasan_init();

        request_standard_resources();

        early_ioremap_reset();

        if (acpi_disabled)
                psci_dt_init();
        else
                psci_acpi_init();

        init_bootcpu_ops();
        smp_init_cpus();
        smp_build_mpidr_hash();

        /* Init percpu seeds for random tags after cpus are set up. */
        kasan_init_tags();

#ifdef CONFIG_ARM64_SW_TTBR0_PAN
        /*
         * Make sure init_thread_info.ttbr0 always generates translation
         * faults in case uaccess_enable() is inadvertently called by the init
         * thread.
         */
        init_task.thread_info.ttbr0 = __pa_symbol(empty_zero_page);
#endif

        if (boot_args[1] || boot_args[2] || boot_args[3]) {
                pr_err("WARNING: x1-x3 nonzero in violation of boot protocol:\n"
                        "\tx1: %016llx\n\tx2: %016llx\n\tx3: %016llx\n"
                        "This indicates a broken bootloader or old kernel\n",
                        boot_args[1], boot_args[2], boot_args[3]);
        }
}

코드 라인 1~4에서 서버 등에서 받은 ACPI 테이블 데이터를 조회하여 관련 메모리 영역 등을 memblock에 reserve 한다.
코드 라인 6~7에서 ACPI를 사용하지 않는 시스템의 경우 DTB(FDT)형태로 로드된 디바이스 트리를 객체 형태로 바꾼다.
- 객체 형태로 바꾸기 전에는 fdt_*() API를 사용하고, 바꾼 후에는 of_*() API도 사용할 수 있다.
코드 라인 9에서 zone 영역을 설정하고, 초기화한다.
코드 라인 11에서 커널 메모리 디버그용 KASAN(Kernel Address SANitizer)을 준비한다.
코드 라인 13에서 memblock에 등록된 reserve 영역들과 메모리 영역을 리소스에 등록해둔다.
코드 라인 15에서 정규 페이징이 동작하는 경우 fixmap을 사용한 early_ioremap()을 사용할 필요가 없으므로 after_paging_init 전역 변수에 1을 대입해둔다.
- ARM64 아키텍처의 경우에는 정규 페이징이 동작하더라도 early_ioremap()의 사용을 허락한다.
코드 라인 17~20에서 디바이스 트리 또는 ACPI 정보를 통해 절전 관련 ops를 초기화한다.
코드 라인 22에서 디바이스 트리 또는 ACPI 정보를 통해 “enable-method”가 지정된 경우 cpu online/offline을 관리할 ops를 초기화한다.
코드 라인 23에서 디바이스 트리 또는 ACPI 정보를 통해 cpu 노드 정보를 읽어온 후 cpu의 셋업 코드를 수행한다.
코드 라인 24에서 mpidr 레지스터로부터 mpidr 해시를 생성해둔다.
- cpu의 suspend 진입 시 어셈블리 코드에서 빠르게 이 해시를 사용하여 cpu 로지컬 id를 분류한 후 cpu 레지스터 등의 context 정보를 저장할 때 사용한다.
코드 라인 27에서 KASAN에서 사용할 per-cpu prng_state를 초기화한다.
코드 라인 29~36에서 보안 목적으로 커널이 ttbr0를 통해 유저 영역의 메모리에 직접 접근하지 못하게한다. 이 때 sw 적인 방법을 사용하는데 ttbr0 멤버에 zero 페이지를 연결하여 유저 액세스를 금지 상태로 변경한다.
코드 라인 38~43에서 처음 커널의 head.S에 진입 시 boot_args[]에 저장해둔 x0~x3 레지스터 값들 중 x1 ~ x3 레지스터 값에 0이 아닌 값이 있는 경우 에러 메시지를 출력한다.

setup_arch()

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