init process 실행

전체 흐름

부팅 코드는 이미 완성된 커널 위에서 실행되는 코드가 아니다. allocator, scheduler, IRQ, RCU, driver core가 아직 부분적으로만 준비된 상태에서 다음 단계의 전제 조건을 만드는 코드다. 따라서 함수 호출 순서보다 '이 호출 이후 무엇이 가능해지는가'를 표시해야 한다.

핵심 확인 사항

함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.

오류 처리 확인

정상 경로와 실패 경로를 함께 확인한다. 성공 경로뿐 아니라 오류 복구, hotplug, 해제 과정에서 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.

그림 1. init process 실행 이 kernel 안에서 놓이는 위치

bootloader stateFDT, initrd, command line, image placement

→

early kernelmemblock, early params, boot CPU identity

→

generic initallocator, scheduler, IRQ, timekeeping

→

pid 1 / kthreaddinitcall, rootfs, userspace handoff

왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 각 코드 조각이 어느 단계에 해당하는지 대조한다.

소스 코드 위치

먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일

원본 코드:

Linux 6.18.37 LTS: init/main.c
Linux 6.18.37 LTS: fs/exec.c
Linux 6.18.37 LTS: init/do_mounts.c
Linux 6.18.37 LTS: Documentation/admin-guide/init.rst

설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.

GitHub 원본:

init/main.c fs/exec.c init/do_mounts.c Documentation/admin-guide/init.rst

대표 코드

static int __ref kernel_init

원본 코드: init/main.c, 1423행 부근

void __weak free_initmem(void)
{
	free_initmem_default(POISON_FREE_INITMEM);
}

static int __ref kernel_init(void *unused)
{
	int ret;

	/*
	 * Wait until kthreadd is all set-up.
	 */
	wait_for_completion(&kthreadd_done);

	kernel_init_freeable();
	/* need to finish all async __init code before freeing the memory */
	async_synchronize_full();

	system_state = SYSTEM_FREEING_INITMEM;
	kprobe_free_init_mem();
	ftrace_free_init_mem();
	kgdb_free_init_mem();
	exit_boot_config();
	free_initmem();
	mark_readonly();

	/*
	 * Kernel mappings are now finalized - update the userspace page-table
	 * to finalize PTI.
	 */
	pti_finalize();

	system_state = SYSTEM_RUNNING;
	numa_default_policy();

	rcu_end_inkernel_boot();

	do_sysctl_args();

	if (ramdisk_execute_command) {

확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.

run_init_process

원본 코드: init/main.c, 1336행 부근

	trace_initcall_level("early");
	for (fn = __initcall_start; fn < __initcall0_start; fn++)
		do_one_initcall(initcall_from_entry(fn));
}

static int run_init_process(const char *init_filename)
{
	const char *const *p;

	argv_init[0] = init_filename;
	pr_info("Run %s as init process\n", init_filename);
	pr_debug("  with arguments:\n");
	for (p = argv_init; *p; p++)
		pr_debug("    %s\n", *p);
	pr_debug("  with environment:\n");
	for (p = envp_init; *p; p++)
		pr_debug("    %s\n", *p);
	return kernel_execve(init_filename, argv_init, envp_init);
}

static int try_to_run_init_process(const char *init_filename)
{
	int ret;

	ret = run_init_process(init_filename);

	if (ret && ret != -ENOENT) {
		pr_err("Starting init: %s exists but couldn't execute it (error %d)\n",
		       init_filename, ret);
	}

	return ret;
}

static noinline void __init kernel_init_freeable(void);

#if defined(CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX) || defined(CONFIG_STRICT_MODULE_RWX)
bool rodata_enabled __ro_after_init = true;

#ifndef arch_parse_debug_rodata

함수별 분석

커널 스레드였던 PID 1이 실제 /init 또는 /sbin/init 계열 사용자 공간 프로그램으로 전환되는 마지막 부팅 단계다.

이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.

그림 2. init process 실행 함수 체인과 관찰 지점

entrycaller가 넘기는 객체와 context를 확정

→

static int __ref kernel_initinit= 경로 우선

→

run_init_processinitramfs 경로 확인

→

observable statetracepoint, counter, sysfs/proc에서 확인되는 결과

각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.

1. `static int __ref kernel_init`

static int __ref kernel_init 주변에서는 execute_command를 중심으로 본다. 이 필드는 init= 지정 경로 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 explicit init tried 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.

원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 init= 경로 우선을 전제로 삼을 수 있다.

자주 틀리는 해석: initramfs가 unpack됐는지 확인하지 않고 init 실패를 단정함

2. `run_init_process`

run_init_process 주변에서는 ramdisk_execute_command를 중심으로 본다. 이 필드는 rdinit= 지정 경로 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 ramdisk init tried 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.

원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 initramfs 경로 확인을 전제로 삼을 수 있다.

자주 틀리는 해석: execve 오류 번호를 무시함

함수	입력	상태 변경	검증 질문
static int __ref kernel_init	execute_command, caller context, subsystem 전제 조건	explicit init tried: init= 경로 우선	initramfs가 unpack됐는지 확인하지 않고 init 실패를 단정함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가
run_init_process	ramdisk_execute_command, caller context, subsystem 전제 조건	ramdisk init tried: initramfs 경로 확인	execve 오류 번호를 무시함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가

구조체와 필드

여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.

그림 3. init process 실행 핵심 필드 연결

execute_commandinit= 지정 경로

→

ramdisk_execute_commandrdinit= 지정 경로

→

try_to_run_init_processfallback 실행

→

kernel_execvekernel에서 execve로 전환

필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.

필드	읽는 법	확인
execute_command	init= 지정 경로	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인
ramdisk_execute_command	rdinit= 지정 경로	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인
try_to_run_init_process	fallback 실행	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인
kernel_execve	kernel에서 execve로 전환	누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인

실행 단계와 상태 변화

실행 단계를 따로 정리하면 정상 경로와 실패 경로를 나란히 비교할 수 있다. 커널 문제는 최종 결과보다 준비가 덜 된 중간 상태를 다른 코드에 공개한 뒤, 실패 시 제대로 정리하지 못할 때 자주 발생한다.

그림 4. init process 실행 단계

explicit init triedinit= 경로 우선

→

ramdisk init triedinitramfs 경로 확인

→

fallback chain/sbin/init 등 순차 시도

→

panic on failure마지막 실패가 boot panic으로 드러남

화살표는 정상 진행 방향을 나타낸다. 중간 단계에서 실패하면 각 단계의 오류 처리 또는 대체 경로로 이동한다.

상태	의미	진입 조건	깨지는 지점
explicit init tried	init= 경로 우선	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때
ramdisk init tried	initramfs 경로 확인	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때
fallback chain	/sbin/init 등 순차 시도	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때
panic on failure	마지막 실패가 boot panic으로 드러남	앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤	다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때

init process 실행 검토 기준 = 상태 변화 + 소유권 변화 + 외부 공개 시점

불변 조건과 실패 사례

lifetime

init process 실행의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.

ordering

상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.

오류 복구

중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.

bring-up symptom

embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.

주의

initramfs가 unpack됐는지 확인하지 않고 init 실패를 단정함

주의

execve 오류 번호를 무시함

주의

console이 안 잡혀 panic 원인을 놓침

계측과 검증

계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.

도구	보는 것	해석
initcall_debug	init process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인
strace unavailable so use printk around kernel_execve	init process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인
dmesg init	init process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인
bootconfig init=	init process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인	로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인

기본 추적 경로:

# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe

추가 확인 사항

init process 실행 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
init process 실행 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
실험으로 확인한다면 'initramfs가 unpack됐는지 확인하지 않고 init 실패를 단정함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
실험으로 확인한다면 'execve 오류 번호를 무시함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?