lk_main의 kernel 초기화 순서 | LK

QUESTION

lk_main의 kernel 초기화 순서 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

초기화 함수 목록은 lock, allocation, interrupt 사용 가능 시점의 계약이다. 각 함수가 선행 서비스 없이 호출 가능한지 확인한다.

scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.

STRUCTURE

객체와 주소가 놓이는 구조

그림 1. lk_main의 kernel 초기화 순서에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01early hooks

02heap and threads

03timer/DPC

04bootstrap2

INVARIANT

scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다.

global kernel services / bootstrap thread를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

CALL PATH

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달

arch early init

platform early init

kernel services

bootstrap thread

scheduler

화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.

STATE LEDGER

단계별 입력과 출력

호출 순서를 함수 이름으로만 외우지 않고, 각 단계가 무엇을 받아 무엇을 공개하는지 적은 표다. 실제 소스에서 생산 필드가 다르면 표를 고치는 방식으로 사용한다.

#	단계	진입 시 신뢰할 상태	성공 뒤 남아야 할 상태	다음 소비자
01	`arch early init`	부트 CPU의 동기 실행 문맥	early hooks	platform early init
02	`platform early init`	arch early init 완료 상태	heap and threads	kernel services
03	`kernel services`	platform early init 완료 상태	timer/DPC	bootstrap thread
04	`bootstrap thread`	kernel services 완료 상태	bootstrap2	scheduler
05	`scheduler`	bootstrap thread 완료 상태	bootstrap2	최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

공통 불변 조건: scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다. 한 단계의 출력이 다음 단계의 입력 조건을 만족하지 않으면 오류가 실제로 드러난 위치보다 앞의 생산 단계부터 조사한다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 LK upstream 1eb9917의 top/main.c에서 35-123줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit1eb99171efae98867d4be4a5bd6479ea03f43ac9symbolvoid lk_main(ulong arg0

35extern int _end;
36
37#if WITH_SMP
38static thread_t *secondary_bootstrap_threads[SMP_MAX_CPUS - 1];
39static uint secondary_bootstrap_thread_count;
40#endif
41
42static int bootstrap2(void *arg);
43
44static void call_constructors(void) {
45    void (**ctor)(void);
46
47    ctor = __ctor_list;
48    while (ctor != __ctor_end) {
49        void (*func)(void);
50
51        func = *ctor;
52
53        func();
54        ctor++;
55    }
56}
57
58/* called from arch code */
59void lk_main(ulong arg0, ulong arg1, ulong arg2, ulong arg3) {
60    // save the boot args
61    lk_boot_args[0] = arg0;
62    lk_boot_args[1] = arg1;
63    lk_boot_args[2] = arg2;
64    lk_boot_args[3] = arg3;
65
66    // get us into some sort of thread context
67    thread_init_early();
68
69    // early arch stuff
70    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_EARLIEST, LK_INIT_LEVEL_ARCH_EARLY - 1);
71    arch_early_init();
72
73    // do any super early platform initialization
74    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_ARCH_EARLY, LK_INIT_LEVEL_PLATFORM_EARLY - 1);
75    platform_early_init();
76
77    // do any super early target initialization
78    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_PLATFORM_EARLY, LK_INIT_LEVEL_TARGET_EARLY - 1);
79    target_early_init();
80
81#if WITH_SMP
82    dprintf(INFO, "\nwelcome to lk/MP\n\n");
83#else
84    dprintf(INFO, "\nwelcome to lk\n\n");
85#endif
86    dprintf(INFO, "boot args 0x%lx 0x%lx 0x%lx 0x%lx\n",
87            lk_boot_args[0], lk_boot_args[1], lk_boot_args[2], lk_boot_args[3]);
88
89    // bring up the kernel heap
90    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_TARGET_EARLY, LK_INIT_LEVEL_HEAP - 1);
91    dprintf(SPEW, "initializing heap\n");
92    heap_init();
93
94    // deal with any static constructors
95    dprintf(SPEW, "calling constructors\n");
96    call_constructors();
97
98    // initialize the kernel
99    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_HEAP, LK_INIT_LEVEL_KERNEL - 1);
100    kernel_init();
101
102    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_KERNEL, LK_INIT_LEVEL_THREADING - 1);
103
104    // create a thread to complete system initialization
105    dprintf(SPEW, "creating bootstrap completion thread\n");
106    thread_t *t = thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE);
107    thread_set_pinned_cpu(t, 0);
108    thread_detach(t);
109    thread_resume(t);
110
111    // become the idle thread and enable interrupts to start the scheduler
112    thread_become_idle();
113}
114
115static int bootstrap2(void *arg) {
116    dprintf(SPEW, "top of bootstrap2()\n");
117
118    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_THREADING, LK_INIT_LEVEL_ARCH - 1);
119    arch_init();
120
121    // initialize the rest of the platform
122    dprintf(SPEW, "initializing platform\n");
123    lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_ARCH, LK_INIT_LEVEL_PLATFORM - 1);

LINE BY LINE

35-123줄 해설

원본에 보이는 모든 줄을 순서대로 설명한다. 빈 줄도 block 경계로 남겨, 코드와 설명의 위치가 어긋나지 않게 했다.

35extern int _end;

extern int _end를 선언한다. 함수 안 선언이면 현재 stack frame, file scope와 static이면 image의 data/BSS에 놓인다. 이 값이 global kernel services / bootstrap thread를 직접 소유하는지 pointer만 빌리는지, 부트 CPU의 동기 실행 문맥를 벗어난 뒤에도 참조되는지 다음 대입과 callback 등록까지 따라간다.

36(빈 줄)

extern int _end;까지의 동작과 #if WITH_SMP에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 heap and threads 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

37#if WITH_SMP

#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

38static thread_t *secondary_bootstrap_threads[SMP_MAX_CPUS - 1];

원본 38번 줄의 static thread_t *secondary_bootstrap_threads[SMP_MAX_CPUS - 1];는 앞의 #if WITH_SMP 결과를 받아 다음 static uint secondary_bootstrap_thread_count;로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

39static uint secondary_bootstrap_thread_count;

원본 39번 줄의 static uint secondary_bootstrap_thread_count;는 앞의 static thread_t *secondary_bootstrap_threads[SMP_MAX_CPUS - 1]; 결과를 받아 다음 #endif로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

40#endif

#endif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

41(빈 줄)

#endif까지의 동작과 static int bootstrap2(void *arg);에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

42static int bootstrap2(void *arg);

static int bootstrap2(void *arg)를 선언한다. 함수 안 선언이면 현재 stack frame, file scope와 static이면 image의 data/BSS에 놓인다. 이 값이 global kernel services / bootstrap thread를 직접 소유하는지 pointer만 빌리는지, 부트 CPU의 동기 실행 문맥를 벗어난 뒤에도 참조되는지 다음 대입과 callback 등록까지 따라간다.

43(빈 줄)

static int bootstrap2(void *arg);까지의 동작과 static void call_constructors(void) {에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

44static void call_constructors(void) {

call_constructors 함수 정의가 시작된다. 입력은 void이며, 부트 CPU의 동기 실행 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

45void (**ctor)(void);

void(**ctor)(void)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

46(빈 줄)

void (**ctor)(void);까지의 동작과 ctor = __ctor_list;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

47ctor = __ctor_list;

ctor에 __ctor_list를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 바로 다음 while (ctor != __ctor_end) {가 이 값을 다시 읽으므로 그 전까지 완성된 값이어야 한다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

48while (ctor != __ctor_end) {

'while (ctor != __ctor_end) {'가 목록이나 후보를 순회한다. 반복 중 global kernel services / bootstrap thread를 제거·추가하는 호출이 있는지와 loop 종료 뒤 iterator가 유효한지 확인한다.

49void (*func)(void);

void(*func)(void)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

50(빈 줄)

void (*func)(void);까지의 동작과 func = *ctor;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

51func = *ctor;

func에 *ctor를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 scheduler 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

52(빈 줄)

func = *ctor;까지의 동작과 func();에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

53func();

func(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

54ctor++;

원본 54번 줄의 ctor++;는 앞의 func(); 결과를 받아 다음 }로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

55}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

56}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

57(빈 줄)

}까지의 동작과 /* called from arch code */에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

58/* called from arch code */

원본 주석이 'called from arch code'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

59void lk_main(ulong arg0, ulong arg1, ulong arg2, ulong arg3) {

lk_main 함수 정의가 시작된다. 입력은 ulong arg0, ulong arg1, ulong arg2, ulong arg3이며, 부트 CPU의 동기 실행 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

60// save the boot args

원본 주석이 'save the boot args'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

61lk_boot_args[0] = arg0;

lk_boot_args[0]에 arg0를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 scheduler 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

62lk_boot_args[1] = arg1;

lk_boot_args[1]에 arg1를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 scheduler 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

63lk_boot_args[2] = arg2;

lk_boot_args[2]에 arg2를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 scheduler 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

64lk_boot_args[3] = arg3;

lk_boot_args[3]에 arg3를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 scheduler 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

65(빈 줄)

lk_boot_args[3] = arg3;까지의 동작과 // get us into some sort of thread context에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

66// get us into some sort of thread context

원본 주석이 'get us into some sort of thread context'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

67thread_init_early();

thread_init_early(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

68(빈 줄)

thread_init_early();까지의 동작과 // early arch stuff에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

69// early arch stuff

원본 주석이 'early arch stuff'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

70lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_EARLIEST, LK_INIT_LEVEL_ARCH_EARLY - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_EARLIEST, LK_INIT_LEVEL_ARCH_EARLY - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

71arch_early_init();

arch_early_init(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

72(빈 줄)

arch_early_init();까지의 동작과 // do any super early platform initialization에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

73// do any super early platform initialization

원본 주석이 'do any super early platform initialization'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

74lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_ARCH_EARLY, LK_INIT_LEVEL_PLATFORM_EARLY - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_ARCH_EARLY, LK_INIT_LEVEL_PLATFORM_EARLY - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

75platform_early_init();

platform_early_init(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

76(빈 줄)

platform_early_init();까지의 동작과 // do any super early target initialization에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

77// do any super early target initialization

원본 주석이 'do any super early target initialization'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

78lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_PLATFORM_EARLY, LK_INIT_LEVEL_TARGET_EARLY - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_PLATFORM_EARLY, LK_INIT_LEVEL_TARGET_EARLY - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

79target_early_init();

target_early_init(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

80(빈 줄)

target_early_init();까지의 동작과 #if WITH_SMP에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

81#if WITH_SMP

82dprintf(INFO, "\nwelcome to lk/MP\n\n");

dprintf(INFO, "\nwelcome to lk/MP\n\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

83#else

#else 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

84dprintf(INFO, "\nwelcome to lk\n\n");

dprintf(INFO, "\nwelcome to lk\n\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

85#endif

86dprintf(INFO, "boot args 0x%lx 0x%lx 0x%lx 0x%lx\n",

dprintf(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

87lk_boot_args[0], lk_boot_args[1], lk_boot_args[2], lk_boot_args[3]);

원본 87번 줄의 lk_boot_args[0], lk_boot_args[1], lk_boot_args[2], lk_boot_args[3]);는 앞의 dprintf(INFO, "boot args 0x%lx 0x%lx 0x%lx 0x%lx\n", 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

88(빈 줄)

lk_boot_args[0], lk_boot_args[1], lk_boot_args[2], lk_boot_args[3]);까지의 동작과 // bring up the kernel heap에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

89// bring up the kernel heap

원본 주석이 'bring up the kernel heap'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

90lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_TARGET_EARLY, LK_INIT_LEVEL_HEAP - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_TARGET_EARLY, LK_INIT_LEVEL_HEAP - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

91dprintf(SPEW, "initializing heap\n");

dprintf(SPEW, "initializing heap\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

92heap_init();

heap_init(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

93(빈 줄)

heap_init();까지의 동작과 // deal with any static constructors에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

94// deal with any static constructors

원본 주석이 'deal with any static constructors'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

95dprintf(SPEW, "calling constructors\n");

dprintf(SPEW, "calling constructors\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

96call_constructors();

call_constructors(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

97(빈 줄)

call_constructors();까지의 동작과 // initialize the kernel에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

98// initialize the kernel

원본 주석이 'initialize the kernel'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

99lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_HEAP, LK_INIT_LEVEL_KERNEL - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_HEAP, LK_INIT_LEVEL_KERNEL - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

100kernel_init();

kernel_init(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

101(빈 줄)

kernel_init();까지의 동작과 lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_KERNEL, LK_INIT_LEVEL_THREADING - 1);에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

102lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_KERNEL, LK_INIT_LEVEL_THREADING - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_KERNEL, LK_INIT_LEVEL_THREADING - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

103(빈 줄)

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_KERNEL, LK_INIT_LEVEL_THREADING - 1);까지의 동작과 // create a thread to complete system initialization에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

104// create a thread to complete system initialization

원본 주석이 'create a thread to complete system initialization'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

105dprintf(SPEW, "creating bootstrap completion thread\n");

dprintf(SPEW, "creating bootstrap completion thread\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

106thread_t *t = thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE);

thread_t *t에 thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE)를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 scheduler 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

107thread_set_pinned_cpu(t, 0);

thread_set_pinned_cpu(t, 0)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

108thread_detach(t);

thread_detach(t)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

109thread_resume(t);

thread_resume(t)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

110(빈 줄)

thread_resume(t);까지의 동작과 // become the idle thread and enable interrupts to start the scheduler에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

111// become the idle thread and enable interrupts to start the scheduler

원본 주석이 'become the idle thread and enable interrupts to start the scheduler'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

112thread_become_idle();

thread_become_idle(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

113}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

114(빈 줄)

}까지의 동작과 static int bootstrap2(void *arg) {에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

115static int bootstrap2(void *arg) {

bootstrap2 함수 정의가 시작된다. 입력은 void *arg이며, 부트 CPU의 동기 실행 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

116dprintf(SPEW, "top of bootstrap2()\n");

bootstrap2()\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

117(빈 줄)

dprintf(SPEW, "top of bootstrap2()\n");까지의 동작과 lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_THREADING, LK_INIT_LEVEL_ARCH - 1);에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

118lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_THREADING, LK_INIT_LEVEL_ARCH - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_THREADING, LK_INIT_LEVEL_ARCH - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

119arch_init();

arch_init(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

120(빈 줄)

arch_init();까지의 동작과 // initialize the rest of the platform에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 bootstrap2 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

121// initialize the rest of the platform

원본 주석이 'initialize the rest of the platform'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

122dprintf(SPEW, "initializing platform\n");

dprintf(SPEW, "initializing platform\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

123lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_ARCH, LK_INIT_LEVEL_PLATFORM - 1);

lk_primary_cpu_init_level(LK_INIT_LEVEL_ARCH, LK_INIT_LEVEL_PLATFORM - 1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 global kernel services / bootstrap thread의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 bootstrap2 항목과 대조한다.

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

arch early init에서 들어온 실행은 부트 CPU의 동기 실행 문맥에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.

초기화 함수 목록은 lock, allocation, interrupt 사용 가능 시점의 계약이다. 각 함수가 선행 서비스 없이 호출 가능한지 확인한다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 global kernel services / bootstrap thread다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.

빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.

주소, 크기와 정렬을 계산한다

부트 코드의 오류는 논리보다 주소 계산에서 먼저 드러나는 경우가 많다. source range, destination range, header가 말하는 payload size, block 또는 page 단위를 표로 적고 각 구간의 끝 주소를 직접 계산한다. 끝 주소는 start + size - 1인지 exclusive end인지 API 계약을 확인한다.

scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

platform early init → kernel services → bootstrap thread 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.

다른 CPU, interrupt handler, USB completion 또는 shell command가 상태를 관찰할 수 있다면 memory ordering과 lock 범위도 함께 읽는다.

마지막 handoff의 계약을 적는다

정상 경로는 scheduler에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.

반환하는 경로라면 caller가 오류와 부분 성공을 구분하고 다음 후보 또는 복구 경로를 선택하는지 확인한다.

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

lk_main은 kernel subsystem의 사용 가능 시점을 정의한다

heap, thread, timer, DPC, VM, platform과 target 초기화가 한 함수에 모여 있어 순서를 바꾸면 사용할 수 있는 API가 달라진다. 각 호출의 반환 직후 어떤 lock, allocator, interrupt와 scheduler 기능을 신뢰할 수 있는지 표로 고정한다.

초기 console 출력이 가능하더라도 heap이나 thread가 준비됐다는 뜻은 아니다. panic 경로가 일반 printf와 allocation을 요구하지 않는지도 확인한다.

bootstrap thread 생성은 실행 문맥을 바꾸는 경계다

초기화 일부는 현재 boot stack에서 실행되고 이후 작업은 생성된 bootstrap thread와 scheduler 문맥에서 계속된다. 함수 이름이 연속으로 보이더라도 current thread, interrupt 상태와 stack lifetime이 바뀐다.

boot stack을 재사용하거나 해제하는 platform이라면 마지막 참조가 사라지는 지점을 확인한다.

platform과 target callback은 core보다 강한 전제를 가질 수 없다

core init이 제공하기 전의 timer, heap, VM을 platform callback이 사용하면 특정 build에서만 우연히 동작한다. early와 normal callback의 허용 API를 문서화하고 assertion으로 검증한다.

각 단계 timestamp와 free heap을 남겨 초기화 지연과 memory 증가를 module별로 분리한다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`global kernel services / bootstrap thread`	platform early init	scheduler 또는 오류 정리 완료까지	scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다.
입력 buffer / metadata	arch early init	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	kernel services	subsystem 종료 또는 image handoff까지	이중 등록, dangling pointer, 오류 unwind
hardware 또는 persistent state	실제 write/probe가 완료된 뒤	reset 또는 명시적 해제·갱신까지	flush, timeout, 전원 차단, rollback
`최종 부트로더 이미지`	link/image 생성 시점	다음 stage가 새 image로 교체할 때까지	load address, entry, section과 header 일치

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

#	조건	관찰되는 증상	먼저 볼 단계
01	heap 이전 allocation	crash	platform early init
02	timer 이전 timeout 사용	영구 대기	kernel services
03	interrupt 조기 enable	미등록 handler 실행	bootstrap thread

로그가 끊긴 마지막 함수만 고치지 않는다. 그 함수가 받은 주소, size, flag가 만들어진 앞 단계까지 올라가고, 오류 뒤 등록 객체와 hardware 상태가 남았는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스 해석은 실제 빌드 산출물과 target 로그로 닫아야 한다. 아래 명령의 보드 이름과 toolchain prefix는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#	목적	명령 또는 계측	판정 기준
01	빌드 구성	`make <project> -j1`	platform, target, app 선택과 linker 입력을 로그로 남긴다.
02	symbol과 주소	`nm -n build-*/lk.elf \| grep 'void lk_main'`	init hook, app descriptor와 함수가 어느 주소에 놓였는지 확인한다.
03	어셈블리 대조	`objdump -drS build-*/lk.elf`	thread 전환과 interrupt disable 구간의 실제 명령을 확인한다.
04	초기화 순서	`init level 전후에 current_time_hires()와 함수 이름 기록`	level 내부 순서와 지연을 serial log로 남긴다.
05	문맥 확인	`current_thread, interrupt state, stack pointer 기록`	함수가 bootstrap thread인지 scheduler 이후 thread인지 구분한다.

LAB

직접 확인할 실험

01
LK init log level을 높여 순서 기록
platform early init 진입 전후에 early hooks의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
02
각 init 앞에서 interrupt 상태 확인
kernel services 진입 전후에 heap and threads의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
03
heap 사용량과 첫 thread allocation 주소 기록
bootstrap thread 진입 전후에 timer/DPC의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 scheduler를 시작하기 전 idle/bootstrap thread와 필수 queue가 완전히 초기화되어야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

top/main.cupstream 1eb9917 원본 파일 LK source tree기준 commit 1eb99171efae