第 2 关 · 系统启动：从 Bootloader 到第一个进程

定位

M01 回答了"进程是什么、怎么创建"。这一关回答"第一个进程从哪来"——先有鸡还是先有蛋的问题。内核的作弊解是：0 号进程是静态定义的（init_task），不是由谁创建的。从它出发，rest_init() 的两行 kernel_thread 按代码顺序生出 PID 1（kernel_init）和 PID 2（kthreadd）。

这一关的三个看点：init 的两段式出生（内核线程 → execve("/init")，机制复用而非特殊通道）、kthreadd 作为"中转站"的存在理由（调用者可能不能睡眠）、以及 1 号进程"杀不死、退不得"的两条内核守线。M01 的僵尸/孤儿机制在这里第一次有了真正的用武之地。

核心机制深讲

2.1 0 号：静态定义的作弊解

内核启动的最后阶段，start_kernel() 跑完所有初始化（内存、调度器、中断……），调用 rest_init()。此时已经有一个"进程"在跑了——0 号进程 init_task，它是静态定义在内核镜像里的（init/init_task.c），不是由任何创建路径生出来的。

这就是先有鸡先有蛋的作弊解：调度器需要"当前进程"才能工作，而第一个进程没法被创建——那就直接静态定义一个。0 号进程随后变成每个 CPU 的 idle 进程（cpu_idle），调度器无事可做时就切回它。它从不"运行"用户代码，是调度的零点。

2.2 rest_init：两行代码决定 PID 1 和 2

rest_init() 的核心就两行：

```c
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); /* PID 1 */
kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES); /* PID 2 */
```

kernel_thread() 是内核态创建内核线程的调用（和用户态的 kthread_create 是两码事——后者是 kthreadd 的中转机制，见 2.4）。PID 的分配顺序就是代码顺序：先创建的拿 1，后创建的拿 2。PID 1 是 kernel_init，PID 2 是 kthreadd——"1 号"和"2 号"的身份不是约定的，是这两行的先后写死的。

注意 kernel_thread 直接创建，不经过 kthreadd 中转——因为此时 kthreadd 自己还没出生，中转站不存在。

2.3 init 的两段式出生：内核线程 → execve("/init")

kernel_init 出生时是内核线程。它的工作分两段：

1. 内核态准备：kernel_init_freeable()——挂载 rootfs、打开 /dev/console 作为 0/1/2 号 fd、准备用户态环境。
2. execve("/init")：把自己替换成用户态程序。M01 的"替换而非新建"在这里第一次实战：kernel_init 没有死，它变成了 /init——tgid 还是 1，但 mm 从 NULL 换成了用户地址空间。

两段式的设计理由是机制复用：内核不需要为"第一个用户进程"发明特殊通道——execve 的替换语义本来就能把"当前执行流"换成另一个程序。内核线程 → 用户进程的跃迁，只是 execve 的一次普通调用。特殊的是调用者（PID 1 的内核线程），不是机制。

2.4 kthreadd：为什么需要一个中转站

PID 2 的 kthreadd 是所有内核线程的父亲。但"创建内核线程"为什么需要中转？直接调 copy_process 不行吗？

因为调用者可能处于不能睡眠的上下文（中断上下文、持锁路径）。copy_process 要分配 task_struct、内核栈——可能睡眠。而 kthread_create() 的做法是：把"创建请求"挂到 kthreadd 的工作队列，让 kthreadd（一个永远可睡眠的普通内核线程上下文）代劳。调用者只管排队，不用自己进可睡眠路径。

这就是中转站的存在理由：把"不能睡眠的请求者"和"需要睡眠的创建动作"解耦。用户态没有这个问题（系统调用上下文总能睡眠），所以 clone() 不需要中转。

2.5 1 号杀不死、退不得：两条守线

杀不死：kill -9 1 无效。机制在 sig_task_ignored()（kernel/signal.c，已对照主线源码核实）：

```c
if (is_global_init(t) && sig_kernel_only(sig))
return 1; /* 忽略 */
```

SIGKILL/SIGSTOP 是 sig_kernel_only 的信号——只能由内核发、用户态发了也被忽略。注意这不是"1 号屏蔽了信号"，是内核在投递路径上直接判"全局 init + 内核专有信号 → 忽略"。精准打击，不留配置口。

退不得：/init 如果直接 return 0，内核 panic（"Attempted to kill init!"），而不是关机。关机是另一条路：reboot(2) 系统调用（LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF / RESTART），由内核直接断电/重启——init 的退出在语义上只可能是"意外死亡"，内核的选择是 panic 而不是"顺便关机"。

容器是例外：容器里的 init 退出只停容器、不 panic——因为 do_exit 检查的是 is_global_init()（全局 init），容器 init 不是全局 init，走正常退出路径。这是 pid namespace 的语义，不是特例补丁。

2.6 孤儿移交：init 才是收养者

M01 留了个尾巴：父先死，孤儿由谁收养？答案是 init（PID 1），不是 kthreadd。

机制：forget_original_parent() → find_new_reaper()。查找顺序是三级 fallback：先找最近的 child_subreaper 祖先（显式标记的"代理收养者"），找不到就交给该 pid namespace 的 child_reaper——初始命名空间里就是 PID 1。

两个常见误解一次澄清：

• kthreadd 从不收养孤儿。它是"直接子线程"的父亲（kthread_create 的中转），不是"孤儿"的收养者。"收养"是用户态进程树管理的概念，kthreadd 的孩子们都是内核线程，不走这条路。

• kthreadd 的子线程退出不靠 wait() 回收。kthreadd 启动时调了 ignore_signals() 把 SIGCHLD 设成 SIG_IGN——子线程退出时内核自动回收，不产生僵尸。M01 Q9 的"僵尸等父 wait"是用户态父子的契约，不可套用到 kthreadd 身上。

前提审查：如果 init 被拿掉了，孤儿交给谁？——问题本身不成立。find_new_reaper() 的三级 fallback 终点就是 init 本人，没有合法的 fallback 返回；内核用两处 panic 守线：启动时 "No working init found"（没找到可用的 init 就别往下走了），运行时 "Attempted to kill init!"（1 号死了整个系统没有继续的意义）。"无 init"的假设下，reparenting 没有有效终点——出题时假设题须先自查前提。

为什么这样设计

为什么 0 号进程要静态定义，而不是也走创建路径？

因为创建路径本身需要"当前进程"存在——copy_process 要从 current 继承一堆东西。第一个进程没有"当前"，只能凭空定义。静态 init_task 是打破循环依赖的最小作弊：定义一个，后面的一切（包括 rest_init 的两行 kernel_thread）就都能走正常路径了。

为什么 init 的出生要分两段（内核线程 → execve），而不是直接在用户态启动？

因为内核态的准备工作（挂载 rootfs、开 console fd）必须在有"进程上下文"的前提下做，而用户态程序又需要这些准备好才能跑。两段式让"准备"和"变身"各归其位——且变身用的 execve 是现成机制，零新代码。这是内核设计里反复出现的模式：用通用机制的组合代替专用通道。

为什么 kthreadd 的子线程退出不用 wait()？

因为 wait() 是"父取子退出值"的同步契约（M01 Q9），而内核线程的退出值没人关心。SIG_IGN 自动回收是更便宜的选择：连僵尸这个中间态都省了。机制选型的标准永远是"谁需要这个信息"——没人需要，就别建状态。

与已学模块的关联

• M01 · task_struct：0/1/2 号都是 task_struct——"内核里只有 task_struct"在这一关第一次看到全貌：idle 进程、init、kthreadd，无一例外。

• M01 · execve 替换：kernel_init → /init 是"替换而非新建"的实战——tgid 还是 1，mm 从 NULL 换成用户地址空间。

• M01 · 僵尸/孤儿：孤儿收养的终点是 init（PID 1）；kthreadd 从不收养——M01 的死亡语义在这里闭环。

• M04 预告：execve("/init") 扔掉旧 mm、建新 mm——"换地址空间就是换一棵页表树 + 换 CR3"，M04 会展开。

自测

出题原则：10 题中记忆性题目不超过 3 道，其余为应用/推理/权衡类——场景预测、设计 trade-off 比较、从代码路径找问题、解释"为什么这样设计而不是那样"。难度递进，最后两道需要想一会儿。

Q1. 0 号进程是由谁创建的？为什么它必须是静态定义的？

Q2. rest_init() 里两行 kernel_thread 的顺序决定了什么？kernel_thread 和 kthread_create 是同一个东西吗？

Q3. init 的"两段式出生"是哪两段？第二段用了什么已有机制，说明了什么设计思想？

Q4. kthreadd（PID 2）的职责是什么？为什么创建内核线程需要经它中转？

Q5. 容器里的 init 和全局 init 退出时行为有什么不同？do_exit 检查的是什么？

Q6. kthreadd 的子线程退出后，kthreadd 会调用 wait() 回收它吗？实际机制是什么？

Q7. 孤儿进程（父先死）会被谁收养？kthreadd 会收养孤儿吗？

Q8. kill -9 1 为什么杀不死 init？点名具体的函数和判断条件。

Q9. /init 直接 return 0 会发生什么？正常关机走的是哪条路径？

Q10. 设计题：假设有人把 init 拿掉了（PID 1 不存在），此时一个进程变成孤儿，find_new_reaper() 会发生什么？这个假设本身成立吗？

延伸阅读

• init/main.c —— start_kernel、rest_init，启动的本体

• kernel/kthread.c —— kthreadd、kthread_create 中转机制

• kernel/signal.c —— sig_task_ignored，1 号杀不死的本体

• kernel/exit.c —— forget_original_parent、find_new_reaper，孤儿移交

Bootloader → 解压内核 → start_kernel()
  ├─ 0 号进程（idle）：静态定义，不是被"创建"的
  └─ rest_init()
       ├─ kernel_thread(kernel_init, …) → 先创建 → PID 1
       └─ kernel_thread(kthreadd, …)    → 后创建 → PID 2
  └─ kernel_init()：两段式出生
       ├─ kernel_init_freeable()：先做完内核侧准备
       └─ execve("/init")：换上用户态第一个程序

父进程死亡 → 子进程成孤儿 → find_new_reaper() 三级 fallback
  ├─ 同线程组其他线程
  ├─ …（逐级降级）
  └─ 终点：init（PID 1）——孤儿的终点永远是 init
kthreadd 从不收养孤儿（它只负责"生"内核线程）
"无 init"假设下问题本身不成立：两处 panic 是内核的守线