Linux 关机重启流程分析
1. 概述
在 Linux 下的关机和重启可能由两种行为引发，一是通过用户编程，一是系统自己产生的消息。用户和系统进行交互的方式也有两个，一个是系统调用：sys_reboot，另一个就是 apm 或则 acpi 的设备文件，通过对其操作也可以使系统关机或者重启。
2. 通过系统调用 sys_reboot 的重启
这个系统调用定义了一系列的 MAGIC_NUMBER，在调用的开始部分首先检查 MAGIC_NUMBER 是否正确，只有正确才继续向下运行。在重启的时候转向分支
case Linux _REBOOT_CMD_RESTART:
首先使用 notifier_call_chain 向其它部分发出重启的消息，然后调用 machine_restart 函数完成重启。
machine_restart 函数的开始部分有一段SMP相关的代码，主要完成多 CPU 时由一个 CPU 完成重启操作，其它 CPU 处于等待状态。之后系统根据一个变量 reboot_thru_bios 的内容判断重启方式，通过阅读 reboot_setup 我们可以得知，这个参数的内容是在系统启动时指定的，决定了是否利用 bios，事实上是系统复位后的入口 (FFFF：0000) 地址的程序进行重启。在不通过 bios 进行重启的情况下，系统首先设定了重启标志，然后向端口 0xfe 写入数字 0x64,这种重启的具体原理我还不大清楚，似乎是模拟了一次 reset 键的按下，希望大家和我讨论。在通过 bios 重启的情况下，系统同样先设定了重启模式，然后切换到了实模式，通过一条 ljmp $0xffff,$0x0 完成了重启。
3. 通过系统调用 sys_reboot 进行关机
在系统调用的处理分支上，我们可以看到，首先同样是检查 MAGIC_NUMBER，然后在
case Linux _REBOOT_CMD_POWER_OFF:
的执行流程里面，又是使用 notifier_call_chain 发出了关闭计算机电源的消息，紧接着执行了 machine_power_off 函数。我们在 machine_power_off 函数中可以看到，如果 pm_power_off 这个函数指针不为空，那么系统就会通过调用这个函数进行关机。在 apm 已经加载的情况下 (SMP 除外)，实际上 pm_power_off 函数实际上指向了 apm.c 中的 apm_power_off，在这个函数里系统通过 apm_info 结构里的值，使用切换到实模式关机，或者使用 apm_bios_call_simple 函数调用保护模式下的 apm 接口关机两种方法。
4. apm 驱动本身的关机过程
apm 使用其注册的设备的 ioctl 接口完成 apm 的操作，在 apm.c的do_ioctl 函数中可以看见处理的分支。这里只有 suspend 和 standby 的代码，所以我们不能通过 ioctl 这种方法使用 apm 关机。
当用户按下 POWER 开关的时候，如果有 apm 模块，那么关机流程是由 apm 来处理的。apm 驱动在初始化的时候启动了一个 apm 内核线程：apm_mainloop，系统会在这里检测到 POWEROFF 按键消息并且将其命名为 APM_SYS_SUSPEND，以区别 apm -s 设置的 APM_USER_SUSPEND 模式。紧接着进入了 apm_event_handler 函数，又从 apm_event_handler 函数进入了 check_events 函数，处理函数对应的 case 分支上。系统同样使用了 suspend 函数进行关机，不过由于其它参数的原因，suspend 最后调用的是关机的流程。
5. 解决问题实例
1) 按 POWER 键时某些主板死机
经查只有某些特定的驱动装载之后才会出现这样的情况，并且当使用关机系统调用 sys_reboot 的时候没有这样的问题。分析 apm 的处理流程，怀疑是在关机前驱动程序没有正确处理 apm 发出的询问消息造成的。由于部分驱动程序没有源代码，决定 hack 掉 apm.c 的关机部分，让两种方式的关机走同样的流程。于是把 apm.c 的 check_events 函数中对 APM_SYS_SUSPEND 部分改写为如下代码：
ret = exec_usermodehelper(poweroff_helper_path, argv, envp); if (ret) { printk(KERN_ERR apm.c: failed to exec %s , errno = %dn, poweroff_helper_path, errno); } break;
定义了一个用户态应用程序 poweroff_helper_path，当 POWEROFF 键按下的时候系统运行这个 kernel_helper 程序。我们再写一个通过 sys_reboot 系统调用关机的程序，放在指定的位置下。死机的问题就解决了。
2) 快速返回实模式重启
主要可以参考了 process.c 中的返回实模式的代码，比如我把 real_mode_switch 换成如下代码：
// For fast reboot support static unsigned char fast_reboot_switch [] = { 0x66, 0x0f, 0x20, 0xc0, /* movl %cr0,%eax */ 0x66, 0x25, 0x10, 0x11, 0x11, 0x11, /* andl $0x11111110,%eax */ 0x66, 0x0f, 0x22, 0xc0, /* movl %eax,%cr0 */ 0xea, 0x00, 0x00, 0x00, 0x70 /* ljmp $0x7000,$0x0000 */ };
系统就可以切换到实模式中，然后跳转到 7000H:0 位置开始执行。
6. ACPI 概述
在 2.4.20 内核中 ACPI 模块被注明为试验和未完成，里面有一部分功能也许没有实现。如果 APM 和 APCI 两个模块同时编译进内核，APM 在 ACPI 前被加载，APM 起作用使 ACPI 退出。对于系统电量、电源实践一类的支持（主要是在笔记本上有用），靠的是 acpid 这个 daemon 程序。
没有一个功能类似 apm 的应用程序切换状态，acpi 的程序仅仅完成了对 acpi 状态的查询。用户实现 S0-S4 的功能可以直接向 /proc/acpi/sleep 文件中写入数字来实现。通过读出 (cat) 其中的内容可以知道系统到底支持那些模式。
acpi 模块的源代码主程序在 linux/drivers/acpi/driver.c 中，如果向 sleep 文件写东西，就转到了 linux/drivers/acpi/ospm/system/sm_osl.c 文件的 sm_osl_proc_write_sleep 函数中，这个函数后来调用了 sm_osl_suspend 函数。在这个函数里完成了各种功能，包括保护各种状态。最后真正的 sleep 是通过对 acpi_enter_sleep_state 的调用完成的，这个函数在 Linux /drivers/acpi/hardware/hwsleep.c 文件中，这里写了 acpi 的寄存器使系统进入 sleep 状态。写寄存器的指令在这个目录下面的 hwregs.c 中。
7. 总结
本文对 acpi 的介绍非常简略，实际上 ACPI 必定会成为将来 Linux 内核中首选的电源管理方式。由于目前官方代码中 ACPI 版本较低，所以没有太详细的论述，希望将来的内核能有所改进。
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