Linux内核分析之基础知识-6

韩乔落
  2026-01-08 02:47:09 2026-01-08 02:47:09 Created   2026-01-19 13:40:39 2026-01-19 13:40:39 Updated    

第6章：启动参数与配置

通过命令行和配置选项控制内核行为

本章概述

Linux 内核启动时可以通过命令行参数传递配置信息。本章详细讲解常用的启动参数、Kconfig 配置选项以及 initrd/initramfs 的使用。

参数传递方式

架构 传递方式
x86_64 boot_params.hdr.cmd_line_ptr
ARM64 设备树 /chosen/bootargs
通用 UEFI LoadOptions

6.1 内核命令行参数

6.1.1 参数传递流程

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/* 命令行参数传递和解析流程 */

/*
 * 1. 引导程序设置命令行
 *    - GRUB: linux /vmlinuz root=/dev/sda1 ro
 *    - U-Boot: bootargs environment variable
 *    - 设备树: chosen/bootargs property
 *
 * 2. 内核接收
 *    x86: boot_params.hdr.cmd_line_ptr
 *    ARM64: 从 x0 寄存器指向的设备树
 *
 * 3. 内核保存
 *    boot_command_line[] 保存原始命令行
 *
 * 4. 内核解析
 *    parse_early_param() - 早期参数
 *    parse_args() - 标准参数
 *
 * 5. 模块使用
 *    module_param() 声明的参数
 */

6.1.2 参数解析机制

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/* init/main.c */

void __init setup_command_line(char *command_line)
{
    /*
     * 保存原始命令行
     */
    strlcpy(boot_command_line, command_line, COMMAND_LINE_SIZE);

    /*
     * 保存为 saved_command_line
     * 用于 /proc/cmdline
     */
    saved_command_line =
        memblock_alloc_kernal(COMMAND_LINE_SIZE, SMP_CACHE_BYTES);
    strlcpy(saved_command_line, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);
}

/* 早期参数解析 */
void __init parse_early_param(void)
{
    parse_args("Booting kernel",
              static_command_line,
              __start___param,
              __stop___param - __start___param,
              -1, -1, NULL, &do_early_param);
}

/* 标准参数解析 */
static void __init parse_args(const char *doing,
                              char *args,
                              const char *param,
                              unsigned num,
                              s64 min_level,
                              s64 max_level,
                              void (*arg)(const char *param),
                              int (*unknown)(char *param, char *val,
                                            const char *doing))
{
    /* 解析并处理参数 */
    char *param, *val;

    while (*args) {
        /* 分割参数和值 */
        args = next_arg(args, &param, &val);

        /* 查找匹配的参数 */
        for (i = 0; i < num; i++) {
            if (parse_one(param, val, params + i, doing))
                break;
        }
    }
}

6.2 常用内核参数详解

6.2.1 根文件系统参数

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# 指定根文件系统设备
root=/dev/sda1              # 设备文件
root=/dev/disk/by-uuid/xxx   # UUID
root=/dev/mapper/rootvg-rootlv  # LVM 逻辑卷
root=UUID=xxx               # 直接 UUID
root=LABEL=rootfs           # 卷标

# 文件系统类型 (可选, 通常自动检测)
rootfstype=ext4

# 挂载选项
ro              # 只读挂载 (推荐)
rw              # 读写挂载
rootflags=data=writeback  # ext4 数据日志模式

# 等待根设备
rootwait         # 等待根设备就绪
noinitrd         # 不使用 initrd

6.2.2 控制台参数

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# 串口控制台
console=ttyS0,115200n8    # 串口0, 115200波特, 8位, 无校验
console=ttyS1,9600n8     # 串口1, 9600波特
console=ttyAMA0,115200n8 # ARM 串口

# VGA 控制台
console=tty0             # VGA 控制台
console=tty1             # 特定虚拟终端

# 多个控制台 (输出到多个设备)
console=ttyS0,115200 console=tty0

# 早期控制台
earlyprintk=serial,ttyS0,115200  # 早期串口输出
earlycon=uart,mmio,0x3f8,115200n8  # UART 早期控制台
earlycon=pciserial,mmio,0x1234,115200  # PCI 串口

# 调试级别
loglevel=7               # 内核日志级别 (0-7, 7最详细)
quiet                    # 减少启动输出
debug                     # 启用调试信息
ignore_loglevel          # 忽略默认日志级别

6.2.3 CPU 参数

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# CPU 数量控制
maxcpus=4                # 最大使用 4 个 CPU
nr_cpus=8                # 设置 CPU 数量上限
nosmp                    # 禁用 SMP (单 CPU)
possible_cpus=8          # 声明可能的 CPU 数量

# 关闭/启用 CPU
additional_cpus=2        # 声明额外的热插拔 CPU

# CPU 隔离
isolcpus=1,2             # 隔离 CPU 1 和 2
nohz_full=3              # CPU 3 使用 nohz_full
rcu_nocbs=4              # CPU 4 不执行 RCU 回调

# 性能相关
performance              # 启用性能模式
powersave                # 启用节能模式

# x86 特定
idle=poll                # 空闲时轮询而非 halt
mce=notify               # MCE (机器检查异常) 通知
nmi_watchdog=0           # 禁用 NMI 看门狗

6.2.4 内存参数

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# 内存大小限制
mem=2G                   # 只使用 2GB 内存
mem=512M@2G              # 使用 512MB, 从 2GB 开始
memmap=2G$4G             # 保留 2GB 从 4GB 开始

# 内存区域
memmap=nnK$ss           # 保留内存
  # 示例: memmap=128K$0x0 (保留 BIOS 区域)
  # 示例: memmap=64M$0x40000000 (保留视频内存)

# slab 调试
slab_debug=Z            # 开启 slab 调试

# slub 调试
slub_debug=FZP          # 开启 slub 调试
  # F = SLAB_DEBUG_FREE
  # Z = SLAB_DEBUG_OBJECT_END
  # P = SLAB_POISON

6.2.5 安全相关参数

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# SELinux
selinux=0                # 禁用 SELinux
selinux=1                # 启用 SELinux
enforcing=0              # SELinux 宽松模式

# AppArmor
apparmor=0               # 禁用 AppArmor
apparmor=1               # 启用 AppArmor

# 安全模块
security=selinux         # 指定安全模块
security=apparmor        # (或 security=tomoyo 等)

# 锁定
pax_nogaexec             # PaX/grsec (如果是 PaX 补丁)

# 完整性
ima_policy=appraise_tcb  # IMA 策略
evm=1                    # EVM (扩展验证模块)

# 模块签名
module.sig_enforce       # 强制模块签名验证

# 模块限制
module.sig_level=1       # 模块签名级别

6.2.6 虚拟化参数

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# KVM
kvm-intel.nested=1       # Intel 嵌套虚拟化
kvm-amd.nested=1         # AMD 嵌套虚拟化
kvm.mmu.enable_audit=0   # 禁用 MMU 审计

# Xen
xen_evtchn_fifo=1        # 使用 FIFO 事件通道

6.2.7 网络参数

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# 初始网络设备
netdev=eth0              # 初始网络设备

# 命名空间
net.ifnames=0            # 禁用可预测网络接口命名
biosdevname=0            # 禁用 BIOS 设备命名

# IPv6
ipv6.disable=1           # 禁用 IPv6
ipv6_module_auto=1       # IPv6 作为模块

# TCP
tcp_wmem="4096 65536 16777216"
tcp_rmem="4096 87380 16777216"

# 网络控制
net.core.rmem_max=16777216
net.core.wmem_max=16777216

6.2.8 调试参数

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# 内核调试
debug                    # 启用一般调试
ignore_loglevel          # 打印所有日志
earlyprintk=serial       # 早期串口输出

# 调试选项
debug_locks_verbose=1    # 锁调试详细信息
debug_pagealloc=1        # 页分配调试
kasan=1                  # KASAN (KernelAddressSANitizer)
ubsan=1                  # UBSAN (UndefinedBehaviorSANitizer)

# 跟踪
trace_event=sched_switch  # 跟踪调度切换
ftrace=function           # 函数跟踪
ftrace_filter=funcname    # 过滤跟踪函数

# kgdb
kgdbwait                 # 启动时等待 gdb
kgdboc=ttyS0,115200      # kgdb over 串口

# OOPS 处理
panic=10                  # panic 后 10 秒重启
panic_on_oops=1          # Oops 时 panic

# kdump
crashkernel=128M         # 为 kdump 保留内存
crashkernel=256M@2G      # 256MB 从 2GB 开始

6.2.9 其他常用参数

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# Init 进程
init=/sbin/init          # 指定 init 进程
rdinit=/sbin/init        # initrd 中的 init

# 超时
panic=5                  # panic 后 5 秒自动重启

# 休眠
resume=/dev/sda2          # 从指定设备恢复
resume=UUID=xxx           # 从 UUID 恢复
noresume                 # 禁用休眠

# 时区
tz=UTC-8                 # 时区设置

# 硬件禁用
noapic                   # 禁用 APIC
nolapic                  # 禁用 LAPIC
acpi=off                 # 禁用 ACPI
pci=noacpi               # 禁用 PCI ACPI

# ACPI 配置
acpi_osi=                # 修改 OSI
acpi_debug               # ACPI 调试

# 视频模式
video=vesafb:ywrap,mtrr:3,vram:32M  # vesafb 参数
video=efifb               # EFI 帧缓冲

# 系统管理中断
sysrq_always_enabled      # 总是启用 SysRq

6.3 Kconfig 配置选项

6.3.1 启动相关配置

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# 启动配置

# EFI 支持
CONFIG_EFI_STUB=y             # EFI Stub 支持
CONFIG_EFI_MIXED=y            # 混合模式 EFI
CONFIG_EFI_VARS=y             # EFI 变量支持

# 内核压缩
CONFIG_KERNEL_XZ=y            # XZ 压缩 (推荐)
CONFIG_KERNEL_ZSTD=y          # ZSTD 压缩 (最新)

# 地址随机化
CONFIG_RANDOMIZE_BASE=y       # KASLR (内核地址随机化)
CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY=y     # 内存地址随机化

# 可重定位内核
CONFIG_RELOCATABLE=y          # 可重定位内核

# 5级页表 (x86_64)
CONFIG_X86_5LEVEL=y           # 5级页表 (支持更多内存)

# ARM64 虚拟地址位数
CONFIG_ARM64_VA_BITS_48=y     # 48位虚拟地址 (标准)
CONFIG_ARM64_VA_BITS_52=y     # 52位虚拟地址

# initrd/initramfs
CONFIG_BLK_DEV_INITRD=y       # initrd 支持
CONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""     # 内嵌 initramfs

# 调试信息
CONFIG_DEBUG_KERNEL=y         # 内核调试支持
CONFIG_DEBUG_INFO=y           # 调试信息 ( dwarf2/dwarf4 )
CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=y       # BTF (BPF Type Format)

6.3.2 设备驱动配置

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# 网络驱动
CONFIG_NET=y                  # 网络支持
CONFIG_INET=y                 # TCP/IP 协议栈
CONFIG_NETDEVICES=y           # 网络设备驱动

# 存储驱动
CONFIG_ATA=y                   # ATA 支持
CONFIG_SATA_AHCI=y            # AHCI SATA 驱动
CONFIG_NVME_CORE=y            # NVMe 核心支持

# 文件系统
CONFIG_EXT4_FS=y              # ext4 文件系统
CONFIG_XFS_FS=y                # XFS 文件系统
CONFIG_BTRFS_FS=y              # Btrfs 文件系统
CONFIG_F2FS_FS=y               # F2FS 文件系统

# 虚拟化
CONFIG_KVM=y                   # KVM 虚拟化支持
CONFIG_VHOST_NET=y            # vhost-net

# 容器
CONFIG_NAMESPACES=y           # 命名空间支持
CONFIG_CGROUPS=y               # Cgroups 支持
CONFIG_NET_NS=y                # 网络命名空间
CONFIG_PID_NS=y                # PID 命名空间
CONFIG_USER_NS=y               # 用户命名空间

6.4 initrd/initramfs

6.4.1 initrd vs initramfs

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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│              initrd vs initramfs 对比                       │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                             │
│  initrd:                                                   │
│    - 块设备格式的内存磁盘                                   │
│    - 需要文件系统驱动 (ext2 等)                             │
│    - 通过 /dev/ram 或 /dev/rd 访问                          │
│    - 较旧的机制                                             │
│                                                             │
│  initramfs:                                                │
│    - cpio 归档格式                                          │
│    - 直接嵌入内核或作为单独文件                             │
│    - 直接解压到 rootfs                                      │
│    - 更现代的机制                                           │
│    - 支持动态设备加载                                       │
│                                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

6.4.2 创建 initramfs

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# 方法1: 使用 mkinitramfs (Debian/Ubuntu)
sudo mkinitramfs -o /boot/initrd.img-6.12.38 6.12.38

# 方法2: 使用 dracut (Fedora/RHEL)
sudo dracut -f /boot/initramfs-6.12.38.img 6.12.38

# 方法3: 手动创建
mkdir -p initramfs/bin initramfs/sbin initramfs/lib

# 复制必要的二进制文件
cp /bin/busybox initramfs/bin/

# 创建必要的设备节点
cd initramfs
mkdir dev proc sys
sudo mknod dev/null c 1 3
sudo mknod dev/console c 5 1
sudo mknod dev/ttyS0 c 4 64

# 创建 init 脚本
cat > init << 'EOF'
#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs devtmpfs /dev
echo "Initramfs initialized"
exec /sbin/init
EOF
chmod +x init

# 打包为 cpio
find . | cpio -o -H newc | gzip > ../initramfs.cpio.gz

6.4.3 内嵌 initramfs

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# Kconfig 配置
CONFIG_INITRAMFS_SOURCE="path/to/initramfs.cpio"
CONFIG_INITRAMFS_COMPRESSION=".gz"

# 或者
CONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""  # 不内嵌, 外部提供
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# 构建时会自动包含
make

6.4.4 使用 initramfs

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# GRUB 配置
menuentry "Linux with initramfs" {
    set root='hd0,gpt2'
    linux /vmlinuz-6.12.38 root=/dev/sda3 ro
    initrd /initrd.img-6.12.38
}

# U-Boot 配置
setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2
setenv initrd_addr 0x44000000
setenv initrd_size 0x2000000
fatload mmc 0:1 ${initrd_addr} initramfs.cpio.gz
bootm ${kernel_addr} ${initrd_addr} ${fdt_addr}

6.5 模块参数

6.5.1 定义模块参数

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/* 示例模块参数 */

#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>

/* 布尔参数 */
static bool debug_enable = false;
module_param(debug_enable, bool, 0644);
MODULE_PARM_DESC(debug_enable, "Enable debugging mode");

/* 整数参数 */
static int buffer_size = 1024;
module_param(buffer_size, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(buffer_size, "Buffer size in bytes");

/* 字符串参数 */
static char config_file[256] = "/etc/myconfig.conf";
module_param_string(config_file, config_file, sizeof(config_file), 0644);
MODULE_PARM_DESC(config_file, "Configuration file path");

/* 数组参数 */
static int ports[4] = { 0, 0, 0, 0 };
static int num_ports;
module_param_array(ports, int, &num_ports, 0644);
MODULE_PARM_DESC(ports, "Port numbers");

/* 只读参数 */
static const int version = 1;
module_param_called(version, int, &version, 0444);

6.5.2 传递模块参数

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# 方式1: 加载时传递
insmod mymodule.ko debug_enable=1 buffer_size=2048

# 方式2: modprobe 配置
# /etc/modprobe.d/mymodule.conf
options mymodule debug_enable=1 buffer_size=2048

# 方式3: 内核命令行 (内嵌模块)
mymodule.debug_enable=1 mymodule.buffer_size=2048

# 方式4: GRUB 配置
linux /vmlinuz root=/dev/sda1 mymodule.debug_enable=1

6.6 sysctl 运行时配置

6.6.1 sysctl 参数

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# 读取 sysctl 参数
sysctl kernel.hostname
sysctl net.ipv4.ip_forward

# 设置 sysctl 参数
sysctl -w kernel.hostname="newhost"
sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

# 配置文件
# /etc/sysctl.conf
kernel.hostname = myserver
net.ipv4.ip_forward = 1
net.ipv4.conf.all.accept_source_route = 0

6.6.2 常用 sysctl 参数

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# 内核参数
kernel.hostname           # 主机名
kernel.domainname         # 域名
kernel.pid_max            # 最大 PID
kernel.threads-max        # 最大线程数

# 内存管理
vm.swappiness             # 交换倾向 (0-100)
vm.vfs_cache_pressure     # VFS 缓存压力
vm.min_free_kbytes         # 最小保留内存

# 网络参数
net.ipv4.ip_forward       # IP 转发
net.ipv4.conf.all.rp_filter  # 反向路径过滤
net.core.rmem_max         # 最大接收缓冲
net.core.wmem_max         # 最大发送缓冲

# 文件系统
fs.file-max               # 最大打开文件数
fs.inotify.max_user_watches  # inotify 监视数量

6.7 本章小结

参数配置总结

配置类型 方式 生效时机
编译配置 Kconfig 编译时
启动参数 命令行 启动时
模块参数 modprobe.conf 加载时
运行时配置 sysctl 运行时

常用场景

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# 服务器场景
# /etc/default/grub
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="console=ttyS0,115200 transparent_hugepage=always"

# 桌面场景
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"

# 虚拟机场景
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="console=hvc0 no_timer_check"

# 调试场景
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="debug ignore_loglevel earlyprintk=serial"
  • Title: Linux内核分析之基础知识-6
  • Author: 韩乔落
  • Created at : 2026-01-08 02:47:09
  • Updated at : 2026-01-19 13:40:39
  • Link: https://jelasin.github.io/2026/01/08/Linux内核分析之基础知识-6/
  • License: This work is licensed under CC BY-NC-SA 4.0.
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Linux内核分析之基础知识-6
  1. 第6章：启动参数与配置
    1. 本章概述
      1. 参数传递方式
    2. 6.1 内核命令行参数
      1. 6.1.1 参数传递流程
      2. 6.1.2 参数解析机制
    3. 6.2 常用内核参数详解
      1. 6.2.1 根文件系统参数
      2. 6.2.2 控制台参数
      3. 6.2.3 CPU 参数
      4. 6.2.4 内存参数
      5. 6.2.5 安全相关参数
      6. 6.2.6 虚拟化参数
      7. 6.2.7 网络参数
      8. 6.2.8 调试参数
      9. 6.2.9 其他常用参数
    4. 6.3 Kconfig 配置选项
      1. 6.3.1 启动相关配置
      2. 6.3.2 设备驱动配置
    5. 6.4 initrd/initramfs
      1. 6.4.1 initrd vs initramfs
      2. 6.4.2 创建 initramfs
      3. 6.4.3 内嵌 initramfs
      4. 6.4.4 使用 initramfs
    6. 6.5 模块参数
      1. 6.5.1 定义模块参数
      2. 6.5.2 传递模块参数
    7. 6.6 sysctl 运行时配置
      1. 6.6.1 sysctl 参数
      2. 6.6.2 常用 sysctl 参数
    8. 6.7 本章小结
      1. 参数配置总结
      2. 常用场景