cmdline使用详解

Kernel Command Line 是 Linux 系统启动过程中 bootloader 向 内核 传递配置参数的最重要机制。它是一个以空格分隔的字符串，包含多个"键=值"或单独标志，用于在内核启动的各个阶段影响系统行为、硬件配置、调试选项以及向驱动或用户空间程序传递自定义数据。

该机制在桌面、服务器、嵌入式系统（如 Raspberry Pi、工业控制板）中都广泛使用，尤其在无法动态修改内核镜像的场景下，它是唯一可靠的"运行时配置"方式。

1. 完整工作流程图

Bootloader (GRUB / U-Boot / systemd-boot / Raspberry Pi bootloader 等)
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构造 cmdline 字符串（如 "root=/dev/mmcblk0p2 rw console=ttyS0,115200 mydata=hello"）
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通过架构约定方式传递给内核
   ├─ x86：放在特定内存地址或寄存器（%rsi）
   ├─ ARM64：通常通过 x21 寄存器或 Device Tree /chosen/bootargs 节点
   └─ ARM32：ATAG 或 Device Tree
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内核汇编启动代码（head.S）接收并复制到全局变量
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C 语言阶段（start_kernel()）进行两次解析
   ├─ 第一次：parse_early_param() → 处理早期参数（内存分配前）
   ├─ 第二次：parse_args() → 处理所有剩余参数
   └─ 未知参数 → 保存并最终传给 init 进程（如 systemd）
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参数生效：
   • 内核内置参数立即生效（root、console、quiet 等）
   • 驱动自定义早期参数（__setup）立即生效
   • module_param 参数在模块加载时生效
   • 其余参数可通过 /proc/cmdline 被用户空间程序读取

2. 内核源码关键位置（基于 Linux 6.x，旧版本如 4.4 结构类似）

（1）全局变量定义（init/main.c）

#define COMMAND_LINE_SIZE 2048

char boot_command_line[COMMAND_LINE_SIZE];   // 当前正在使用的 cmdline
char saved_command_line[COMMAND_LINE_SIZE]; // 备份，用于提供给 /proc/cmdline
char static_command_line[COMMAND_LINE_SIZE]; // 早期静态副本

（2）汇编阶段接收示例

• x86_64 （arch/x86/kernel/head_64.S）

  movq    %rsi, %rbp                  // GRUB 将 cmdline 指针放在 %rsi
  ...
  movq    boot_params_hdr_command_line(%rip), %rdi
  movq    %rdi, saved_command_line(%rip)

• ARM64 （arch/arm64/kernel/head.S）

  // 现代 bootloader 通常将 cmdline 放入 Device Tree /chosen/bootargs
  // 或直接通过 x21 寄存器传递
  adr_l   x0, boot_command_line
  str     x21, [x0]

• Device Tree 方式 （常见于嵌入式） 在 .dts 文件中：

  dts

  chosen { bootargs = "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw"; };
  内核会自动读取该节点填充 boot_command_line。

（3）C 阶段解析（init/main.c → start_kernel()）

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
    char *command_line;

    setup_arch(&command_line);                 // 架构相关处理，可能追加参数

    // 第一轮：解析早期参数（在 setup_system 前，内存管理未就绪）
    parse_args("early parameters",
               static_command_line, __start___param,
               0, -1, -1, NULL, &do_early_param);

    // 第二轮：解析所有剩余参数
    parse_args("Boot options",
               boot_command_line, __start___param,
               0, 0, 0, NULL, &unknown_bootoption);

    // 后续会将剩余未知参数（不含 '.'）追加到 init 的环境变量中
}

（4）核心解析函数（kernel/params.c）

• 早期参数注册宏 __setup：

  #define __setup(str, fn)                                      \
      static const struct obs_kernel_param __setup_##fn         \
          __used __section(".setup.data") __aligned(1) =         \
              { str, fn, 1 }

• 普通模块参数通过 module_param 系列宏注册，最终也会被 parse_args() 处理。

• 未知参数处理：

  static int __init unknown_bootoption(char *param, char *val,
                                       const char *unused)
  {
      // 如果参数不以 '.' 开头且不是内核已知参数，则保留
      // 最终会传给 init 进程
      return 0;
  }

3. 在内核中接收自定义数据的四种方式（从推荐度排序）

方式 1：早期参数（__setup）------ 最推荐用于启动阶段配置

适用于需要在内存管理、控制台等初始化前就生效的参数。

// drivers/custom/my_driver.c
static char *my_custom_data;

static int __init mydata_setup(char *str)
{
    pr_alert("=== Bootloader passed mydata: %s ===\n", str);
    my_custom_data = str;        // 指针由内核管理，不要 kfree
    // 可在此处立即配置硬件、设置全局标志等
    return 1;                    // 返回 1 表示参数已处理
}

__setup("mydata=", mydata_setup);   // 关键注册宏，必须放在文件全局作用域

方式 2：模块参数（module_param）

适用于非紧急配置，模块加载时才解析。

static char *mydata = "default_value";
static int  myflag;

module_param(mydata, charp, 0444);     // char 指针
module_param(myflag, int, 0644);      // 整数

MODULE_PARM_DESC(mydata, "Custom string data from bootloader");
MODULE_PARM_DESC(myflag, "Custom flag (0 or 1)");

方式 3：直接读取完整 cmdline（适用于任意阶段）

#include <linux/init.h>
#include <linux/printk.h>

static int __init my_driver_init(void)
{
    extern char saved_command_line[];   // 声明外部变量

    pr_info("Full kernel cmdline: %s\n", saved_command_line);

    // 手动查找特定参数（示例）
    if (strstr(saved_command_line, "mydata=")) {
        // 可用 strsep 或 sscanf 解析
    }
    return 0;
}
module_init(my_driver_init);

方式 4：用户空间程序读取（最通用）

# 查看完整 cmdline
cat /proc/cmdline

# Shell 脚本解析示例
#!/bin/bash
for param in $(cat /proc/cmdline); do
    case $param in
        mydata=*)
            VALUE="${param#mydata=}"
            echo "Bootloader passed mydata: $VALUE"
            # 可在此处执行相应配置
            ;;
        debug)
            echo "Debug mode enabled"
            ;;
    esac
done

4. 常见 Bootloader 配置详解

Bootloader	配置位置	永久修改命令示例（添加 mydata=hello）	临时修改方式
GRUB2	/etc/default/grub	GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash mydata=hello" sudo update-grub	启动菜单按 e 编辑 linux 行末尾添加参数
U-Boot	环境变量 bootargs	setenv bootargs '${bootargs} mydata=hello' saveenv	命令行临时 setenv bootargs ... 后 boot
systemd-boot	/boot/loader/entries/arch.conf 等	options root=PARTUUID=xxx rw quiet mydata=hello	编辑 entry 文件
Raspberry Pi	/boot/cmdline.txt（整行即 cmdline）	在行末添加 mydata=hello（注意空格）	编辑文件后重启
Limine	limine.cfg	KERNEL_CMDLINE="root=UUID=xxx rw mydata=hello"	编辑配置文件

5. 常见内置参数大全（部分）

参数	说明	示例值
root=	指定根文件系统设备	/dev/sda1、UUID=xxxx、PARTUUID=xxxx
rootfstype=	根文件系统类型	ext4、btrfs、xfs
rootwait	等待根设备就绪（常用于 USB/SD 卡）	-
console=	主控制台设备（多个可指定）	ttyS0,115200、tty0
quiet	抑制大多数启动日志	-
splash	启用启动画面（plymouth）	-
loglevel=	设置内核日志级别（0-8）	3
debug	启用详细调试日志	-
earlyprintk=	启用早期串口打印（调试用）	serial,ttyS0,115200
init=	指定 init 进程路径（绕过 systemd）	/bin/sh
mem=	限制内核可用内存	1024M
noresume	禁用挂起恢复	-
rd.systemd.show_status=1	显示 systemd 启动状态	-

6. 注意事项与最佳实践

• 长度限制：一般 1024~2048 字节，超过会被截断。
• 参数顺序：某些参数顺序重要（如 console= 多个时后出现的优先）。
• 引号与空格：带空格的值需用双引号包裹，但 bootloader 支持有限（推荐避免空格）。
• 大小写敏感：参数名区分大小写。
• 安全性：cmdline 内容明文可见于 /proc/cmdline，不要传递密码等敏感信息。
• 调试技巧：添加 debug loglevel=8 earlyprintk=serial 可查看参数解析全过程。
• 嵌入式开发建议：优先使用 __setup 早期参数传递板级硬件差异（如 GPIO 配置、传感器类型）。

总结：Kernel Command Line 是 Linux 生态中最简洁、最强大的运行时配置机制之一。无论是系统管理员调整启动行为，还是嵌入式工程师向驱动传递板级定制信息，都离不开它。熟练掌握其传递、解析与接收方式，能极大提升系统定制化能力和调试效率。