1. 课程导论：Linux内核启动流程概述

1.1 启动流程全景图

Linux内核从加电到用户空间init进程启动，经历多个阶段。解压缩阶段位于内核自解压与重定位环节，是内核从压缩镜像到可执行ELF内核的桥梁。下图展示完整的启动链：

1.2 解压缩阶段在启动链中的位置

解压缩阶段位于Bootloader将控制权交给内核之后、内核自身初始化之前。具体位置由内核镜像的链接布局决定：

阶段序号	阶段名称	入口地址	主要职责
1	Bootloader加载	物理内存起始（如0x8000）	将压缩内核镜像加载到RAM，设置启动参数
2	解压缩阶段	解压缩代码入口（如startup_32）	自解压、重定位、校验、跳转
3	内核入口	解压后内核基址（如0x1000000）	start_kernel()，体系结构初始化
4	内核初始化	虚拟地址空间	内存管理、调度、驱动、文件系统

1.3 解压缩阶段的核心作用

解压缩阶段承担以下三项核心任务：

1. 自解压（Self-extraction）：内核镜像头部包含解压缩代码，启动后自动解压gzip/lz4/lzma等格式的压缩数据。
2. 地址重定位（Address Relocation）：将解压后的内核移动到最终运行地址，修正符号表与全局偏移表（GOT），确保代码段、数据段、BSS段地址正确。
3. 完整性校验（Integrity Verification）：通过CRC32或SHA校验解压后数据，防止内存损坏或恶意篡改导致内核崩溃。

1.4 解压缩阶段的输入与输出

理解解压缩阶段的边界条件，有助于后续章节深入分析：

维度	输入	输出
镜像格式	zImage / bzImage（ARM: zImage, x86: bzImage）	原始ELF内核（vmlinux）
压缩算法	gzip（默认）、lz4、lzma、xz、zstd	无压缩的二进制数据
地址空间	Bootloader加载地址（可能非最终地址）	重定位后的最终运行地址
校验信息	镜像尾部附加的校验值	校验通过/失败状态
控制权交接	Bootloader跳转到解压缩入口	跳转到解压后内核入口（start_kernel）

1.5 解压缩阶段的代码组织

解压缩代码位于内核源码的 arch/<arch>/boot/compressed/ 目录下，以ARM64为例：

arch/arm64/boot/compressed/
├── head.S          # 解压缩入口，设置栈、调用解压函数
├── misc.c          # 解压算法封装（gunzip等）
├── decompress.c    # 解压核心逻辑
├── string.c        # 轻量级字符串函数（避免依赖内核库）
├── vmlinux.lds.S   # 链接脚本，定义解压缩代码布局
└── Makefile        # 编译规则

关键代码执行顺序：

1. head.S 中的 startup_32（ARM）或 _start（x86）设置CPU模式、栈指针。
2. 调用 decompress_kernel() 执行解压，同时进行地址重定位。
3. 解压完成后，调用 __inflate_kernel() 进行CRC校验。
4. 跳转到解压后内核入口 __mmap_switched（ARM）或 startup_64（x86）。

1.6 本章小结