4. 内核解压：vmlinuz 与 zImage 的压缩格式、解压入口函数 (decompress_kernel)

当引导加载程序（如 GRUB、U-Boot）将内核映像加载到内存后，CPU 首先执行的并非 C 语言编写的内核初始化代码，而是一段位于内核映像前端的自解压代码（decompressor stub）。这段代码负责将压缩后的内核主体解压到指定的内存地址，然后跳转到解压后的内核入口。理解这一过程，是分析启动日志中“Decompressing Linux... done”背后原理的关键。

4.1 内核映像的两种形态：vmlinux vs. vmlinuz / zImage

在深入解压机制前，必须区分内核的两种基本形态：

4.2 压缩格式演进与选择

Linux 内核支持多种压缩算法，每种算法在压缩比、解压速度和内存占用上各有取舍。内核构建时通过 CONFIG_KERNEL_* 系列配置项选择。

4.3 解压入口函数：decompress_kernel

解压过程的 C 语言入口是 decompress_kernel() 函数，它位于内核源码的 arch/<arch>/boot/compressed/ 目录下。该函数由汇编语言编写的启动头（head.S 或 head_32.S / head_64.S）在设置好基本环境后调用。

4.3.1 函数原型与核心逻辑

// 位于 arch/x86/boot/compressed/misc.c (x86 架构)
// 其他架构类似，但细节不同

asmlinkage __visible void *decompress_kernel(
    void *rmode,        // 指向实模式启动参数的指针 (x86 特有)
    unsigned char *input_data,   // 压缩内核数据的起始地址
    unsigned long input_len,     // 压缩数据的长度
    unsigned char *output_data,  // 解压后内核的目标地址
    unsigned long output_len,    // 解压后内核的预期长度
    unsigned long run_size       // 解压后内核的运行大小 (包含 .bss)
)
{
    // 1. 初始化解压器（根据编译时选择的算法）
    __decompress(input_data, input_len, NULL, NULL,
                 output_data, output_len, NULL, error);
    // 2. 返回解压后内核的入口地址（通常就是 output_data 的起始地址）
    return output_data;
}

执行流程可概括为以下步骤：

1. 环境准备： 汇编头设置栈指针、清除 BSS 段、建立页表（如果启用了 KASLR）。
2. 调用 decompress_kernel： 传入压缩数据地址、输出地址等参数。
3. 算法分发： __decompress 宏根据 CONFIG_KERNEL_* 展开为对应的解压函数（如 gunzip、lzma_decompress、xz_decompress 等）。
4. 解压完成： 返回解压后内核的入口点，汇编头随后跳转到该地址。

4.4 解压流程全景图

下图展示了从引导加载程序跳转到内核映像后，到解压完成并跳转到内核主入口的完整流程：

4.5 解压过程中的关键日志与调试方法

在启动早期，由于内核的串口或显示驱动尚未初始化，解压阶段的输出通常通过架构特定的早期打印机制实现。以下是常见的调试手段：

• 早期串口输出（Early Console）： 在 x86 上通过 earlyprintk=serial,ttyS0,115200 内核参数启用；在 ARM 上通过 earlycon 或 earlyprintk 启用。这能在解压阶段输出调试信息。
• 解压进度指示： 内核解压代码会每解压一定量的数据就输出一个 .（点号），最终输出 done。如果看到大量点号后卡住，说明解压算法正在工作但可能陷入死循环或内存错误。
• KASLR 偏移量： 如果启用了内核地址空间布局随机化（KASLR），解压桩会在解压前计算随机偏移，并在日志中打印 KASLR: Found a good spot at ...。

4.6 不同架构的解压入口差异

4.7 解压阶段常见问题与排查

4.8 小结

内核解压阶段是启动流程中第一个由 C 语言主导的复杂逻辑。理解 decompress_kernel 的调用上下文、压缩算法的选择以及不同架构的实现差异，对于分析启动失败、优化启动时间以及进行底层调试至关重要。下一阶段，解压完成后的内核将进入架构无关的 start_kernel 函数，开启 Linux 内核的全面初始化。