[難解]Linuxカーネル kernel_initの処理に関して どのように最初のユーザーモードプロセスが生成されるのか。

Question

Linuxにおいて最初のユーザープロセスがどのように生成されるのかを調べています。

カーネル探検(rest_init()からプロセス番号1生成まで)

要約しました。

①　kernel_thread(kernel_init,...)
↓
②　kernel_thread(kerneladd,...)
↓
③　schdule()
↓
④　kernel_init() //以下の関数はkernel_init内で呼ばれます。
↓
⑤　init_post
↓
⑥　run_init_process()
kernel_execve(init_filename,...) //execveシステムコールを呼び出すだけ。

で、前提

forkシステムコール・・・指定したプロセスをコピー・クローンを作成
execveシステムコール・・・このシステムコールを読んだプロセスのメモリ内容を
引数に指定したプログラム（言い方が適切ではないかも）用に"完全に"入れ替える。

また、

③においてスケジューリング関数が呼ばれるまでプロセスの概念はないはずです。
kernel_thread関数が2回呼ばれています。
これにより、以下の２つがスケジューリング関数が呼ばれて
スケジュールされることによりCPU実行権が回ってくるまで待機することになります。
カーネルスレッドとして動くことになる。

・kernel_init
・kernel_add

で、本題

kernel_init内（これはカーネルスレッド）でramfsの/initを実行するために
run_init_process()以下の関数を呼び出していますよね。（詳しくはサイトを参照）

execveシステムコール・・・このシステムコールを読んだプロセスのメモリ内容を
引数に指定したプログラム（言い方が適切ではないかも）用に"完全に"入れ替える。

ならば、カーネルスレッドであるkernel_initのメモリ内容はinit用に完全に入れ替わってしまうことになってしまいますよね？
まぁ、実際にはそうなりませんが　なぜそうならないのか？

ここで呼ばれているexecveシステムコールと言うのは普段僕たちが目にしているexecveシステムコールとは別のものではないか？（とりあえず、仕組みとしてそう作ることはできるだろう）
とも考えているのですが実際はどうなっているんでしょうか？

これ知っている人このサイトにいるんですかね・・・
もし知っていたら教えてください！

Answer 1

このページに書いてあることが回答になっているっぽいですけどどうですかね。

Comments

[kazuyakazuya]

あれ、ちょっと誤解があったかも
ちょっと考えます。。。

[kazuyakazuya]

すみません
私の理解力が低い上　見落としているものだと思いますがそのリンク先のどのへんでしょうか？

念のため・・・えーと（私の聞きたいのは）、
https://qiita.com/saikoro-steak/items/e8121afdd5f294e14c43#kernel_init

run_init_process
kernel_execve
do_execve_common
bprm_mm_init

といった関数が記述されていますが・・・
do_execve_common
bprm_mm_init
上記の関数というのはカーネルスレッドとして動いているkernel_init関数内で呼ばれている関数ですよね？
上記の関数が呼ばれる前にexecveによりinitがメモリにロードされる。
(execveを呼んだkernel_initの内容のメモリは消える。
do_execve_common
bprm_mm_init
とかも)
なら、execveでinitを実行した後それら関数は呼ばれないことになってしまうのではないか？
でも実際そうならないのはなぜか？ということです。

[hytNInE]

自分もそこまで詳しく読んだわけではないので、「ブートローダがRAM上に配置したinitramfsを展開し、rootfsを作成する」「rootfs上のinitを実行する」あたりの項目に期待する答えがあるのかなと思ったしだいです。

改めて、kazuyakazuyaさんが参考にされているページを見てみましたが、処理概要の項目do_execve_commonの説明の最後でinitが実行されるとあります。また、bprm_mm_initもdo_execve_commonの中で呼ばれている関数っぽいです。なので、kernel_execveの処理後にdo_execve_common等が呼ばれるのでなくkernel_execveの中でdo_execveやbprm_mm_initは行われているということなのではないでしょうか。

exec関連のコード（https://github.com/torvalds/linux/blob/master/fs/exec.c）を見てもそうなっているっぽいので、こちらも見てみてください。

[sample__]

削除

[kazuyakazuya]

いくつか分からない点がありますが・・・

まず do_execve_commonまたその下に書かれている関数たちってのは
do_execveの中身であり、まだinitは実行されていませんよね。

私は質問でここでのexecveによってメモリ書き換えはされないと書きましたが
あれ？やっぱされてるのかな
だとしたら
kernel_init(カーネルスレッド)の中でexecveが呼ばれ
kernel_init(カーネルスレッド)がinit(ユーザータスク)に生まれ変わるって感じでしょうか？

[kazuyakazuya]

リンク先の記述で
ここから戻り、kernel_execve()に戻る。call sys_execve以降から再開する。iret命令実行。レジスタ復帰。ここでカーネルプロセスから初めてのユーザプロセスが誕生する

という部分があります。
kernel_execve()に戻った先というのはどこを指しているのでしょうか？
kernel_execve自体はkernel_initの中で呼ばれています。
kernel_execveが実行されてkernel_initがinitに代わっているなら
戻る先はinitってことでしょうか？

（ごめんなさい　文章見にくいかもしれません）

[hytNInE]

＞kernel_init(カーネルスレッド)がinit(ユーザータスク)に生まれ変わるって感じでしょうか？
一番最初の回答で示したページに以下のような記述があったので、生まれ変わるということで合っているように思います。

「ブートローダがRAM上に配置したinitramfsを展開し、rootfsを作成する」項目内の図にて
・init実行（自身がinitになる）

「rootfs上のinitを実行する」項目内の記述にて
・kernel_init()から以下のようにtry_to_run_init_process()を呼び出すことで最終的にdo_execve()を呼び出し、自身をinitとして実行します。

＞kernel_execve()に戻った先というのはどこを指しているのでしょうか？
ちょっとその戻るという表現は自分もよくわかりませんでした。
do_execveから辿った最後の処理であるstart_thread()でレジスタを書き換えているので、この関数から抜ける時にはinitに変わっていてkernel_execveには戻らないように思えるのですが。。。

[kazuyakazuya]

最後に一つ！
ここで呼ばれているkernel_execveによってユーザープロセス(init)が作成させますが
やはり、ここで呼ばれているexecveシステムコールは
普段使っている奴とは別物なのでしょうか？

[hytNInE]

おそらく同じだと思います。
参考にしているページの処理概要のところにあるkernel_execve()の横にも「execveシステムコールを呼び出すだけ。」とあります。実際コードを見てみてもkernel_execveからsys_execveが呼ばれています。

また、execveシステムコールも結局はsys_execveにたどり着いたと記憶してます。なので同じなのではないでしょうか。

ちなみに、kernel_execveはv3の途中以降見当たらなくなってます。なのでv3.0のコードを見て確認しました。処理の大まかな流れは変わらないと思うので、理解したことが無駄になることはないはずですけど。

自分もざっくりと理解しているだけで、コードを詳細に解読してるわけではないので、ちょっとふわっとした回答になってしまいすいません。なので、しっくりきていない部分もあるかもしれませんが、その辺りを解消するには、たぶん本格的にコードを解読していく必要がある気がします。

[kazuyakazuya]

了解です。付き合ってくれてありがとうございました。