【linuxkernel】linux内核重要函数|do_initcalls

一、导读

在linux内核启动过程中&＃xff0c;会向终端打印出很多的日志信息&＃xff0c;从这些日志信息中可以得到许多内核的行为。当在内核启动过程中&＃xff0c;如果在启动阶段出现了问题&＃xff0c;那么很多的提示信息也会从终端打印出。这些信息的输出和具体模块功能的执行都归功于一个函数&＃xff1a;do_initcalls&＃xff0c;本文将主要分析这个函数的详细执行逻辑&＃xff0c;且从这个函数开始延伸到linux各个子系统初始化背后的机制。

本文所有源码分析基于linux内核版本&＃xff1a;4.1.15

二、do_initcalls

do_initcalls由do_basic_setup()调用&＃xff1a;

do_basic_setup()由kernel_init()代表的内核init线程函数间接调用&＃xff08;在kernel_init_freeable()被调用&＃xff09;。在调用do_basic_setup之前&＃xff0c;处理器已经被初始化了&＃xff0c;CPU子系统已经启动并且运行&＃xff0c;内存和进程管理工作也工作正常&＃xff0c;但是系统中的设备还没有被初始化&＃xff0c;故而do_basic_setup正作用于此&＃xff0c;本文主要描述do_initcalls&＃xff0c;所以不再进而分析其他的函数。

do_initcalls在/init/main.c文件中实现&＃xff1a;

static void __init do_initcalls(void)
{
int level;
for (level &＃61; 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level&＃43;&＃43;)
do_initcall_level(level);
}


函数中内容比较少&＃xff0c;是一个for循环结构&＃xff0c;循环的对象是initcall_levels数组&＃xff0c;该数组用于描述初始化调用的级别&＃xff0c;定义如下&＃xff1a;

extern initcall_t __initcall_start[];
extern initcall_t __initcall0_start[];
extern initcall_t __initcall1_start[];
extern initcall_t __initcall2_start[];
extern initcall_t __initcall3_start[];
extern initcall_t __initcall4_start[];
extern initcall_t __initcall5_start[];
extern initcall_t __initcall6_start[];
extern initcall_t __initcall7_start[];
extern initcall_t __initcall_end[];
static initcall_t *initcall_levels[] __initdata &＃61; {
__initcall0_start,
__initcall1_start,
__initcall2_start,
__initcall3_start,
__initcall4_start,
__initcall5_start,
__initcall6_start,
__initcall7_start,
__initcall_end,
};


从上述代码可见&＃xff0c;initcall_levels数组中的元素为initcall_t类型的指针&＃xff0c;回到do_initcalls()函数中&＃xff0c;该函数的核心操作是&＃xff1a;按顺序从__initcall0_start开始&＃xff0c;到__initcall_end结束的节段中取出存在不同段之间的函数&＃xff0c;并执行。存在这几个初始化调用段之间的函数都是各个模块的初始化函数&＃xff0c;而这些函数是如何加入到初始化调用段中的呢&＃xff1f;又是如何设置调用级别的&＃xff0c;会在后文中描述到。

在do_initcalls()函数中&＃xff0c;会根据initcall_levels初始化调用级别的数量调用do_initcall_level()&＃xff0c;该函数实现如下&＃xff1a;

static void __init do_initcall_level(int level)
{
initcall_t *fn;
strcpy(initcall_command_line, saved_command_line);
parse_args(initcall_level_names[level],
initcall_command_line, __start___param,
__stop___param - __start___param,
level, level,
&repair_env_string);
for (fn &＃61; initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level&＃43;1]; fn&＃43;&＃43;)
do_one_initcall(*fn);
}


从上述代码可见&＃xff0c;在函数的最后是一个for循环结构&＃xff0c;该循环的操作对象为函数指针&＃xff0c;且会将对应的函数指针传递到do_one_initcall中&＃xff0c;在该函数则会执行函数指针所指向的函数&＃xff1a;

三、构造section并添加函数

&＃xff08;3-1&＃xff09;构造初始化调用section

在linux内核中&＃xff0c;不同架构&＃xff08;ARCH&＃xff09;下的kernel目录中&＃xff0c;都会有一个名为vmlinux.lds.S的链接脚本&＃xff0c;初始化调用section的构造则在该链接脚本中完成。

本文以ARM32架构为例

在/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中的链接脚本中&＃xff0c;在.init.data输出节段中则需要INIT_CALLS作为输入节段&＃xff1a;

INIT_CALLS定义在/include/asm-generic/vmlinux.lds.h文件中&＃xff1a;

而在内核的makefile中有以下语句&＃xff1a;

LDFLAGS_vmlinux &＃43;&＃61; -T arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds.s


指定了构建linux内核镜像时所使用的链接脚本&＃xff0c;基于此&＃xff0c;则会构造好初始化调用section。当初始化调用section构造完成后&＃xff0c;是如何向该section中添加函数的呢&＃xff1f;继续往下看。

&＃xff08;3-2&＃xff09;向section中添加函数

向section中添加函数的本质操作则是__define_initcall()&＃xff0c;定义如下&＃xff1a;

然后linux内核会基于__define_initcall()封装出多个宏定义接口&＃xff0c;供内核中各个模块使用&＃xff0c;接口如下&＃xff1a;

__define_initcall()宏定义的本质则是定义一个initcall_t函数指针类型的变量并命名为__initcall_##fn##id&＃xff0c;其中fn为赋值给该变量的函数名称&＃xff0c;id为初始化调用级别&＃xff0c;然后并将fn赋值给该变量。接着就是最为重要的技术点&＃xff1a;使用__attribute__将该变量加入到命名为"initcall##id.init"的section中&＃xff0c;其中id为初始化调用级别&＃xff0c;所以将fn添加到初始化调用section中则是通过这一点实现。例如&＃xff1a;如果有以下类似的代码&＃xff1a;

static void __init show_info(void)
{
printk("I&＃39;m iriczhao \n")
}
core_initcall(show_info);


经过层层宏替换后&＃xff0c;本质上则变成&＃xff1a;

static initcall_t __initcall_core_initcall1 __used \
__attribute__((__section__(".initcall1.init"))) &＃61; show_info;


四、总结

从上述内容可以知道&＃xff0c;linux内核中使用基于__define_initcall封装出的多个接口API初始化内核的各个模块&＃xff0c;使用这些API接口会将指定的函数放到名称为.initcall##id.init的section中&＃xff0c;id为初始化调用级别&＃xff0c;内核中定义了14种调用级别&＃xff1a;分别为1_7和1s7s&＃xff08;linux 3.0后增加的扩展&＃xff09;。这些调用级别是按照先后顺序依次排列的。

&＃xff08;4-1&＃xff09;linux内核中&＃xff0c;对于内核的各个模块的初始化&＃xff0c;正是通过使用__define_initcall()的衍生宏定义接口API将初始化函数放置到__initcall##id.initsection中&＃xff0c;不同模块的初始化函数按照调用级别顺序排列。在内核启动阶段&＃xff0c;这些放置到这个section中的函数指针将被do_initcalls()按顺序依次调用&＃xff0c;进而完成各个模块的初始化。

linux内核系统非常庞大&＃xff0c;各个子系统也非常多&＃xff0c;他们的初始化函数是不需要在内核启动过程中去主动调用的&＃xff0c;从设计上这一点也不现实&＃xff0c;随着内核功能的增加&＃xff0c;越来越复杂的驱动程序&＃xff0c;从而linux内核基于编译器section技术&＃xff0c;设计了初始化调用机制&＃xff0c;将各个模块的初始化与linux内核启动主线分离。

&＃xff08;4-2&＃xff09;当使用基于__define_initcall封装出的多个API接口时&＃xff0c;函数指针放置到哪个子section由具体的宏定义API接口的level参数确定&＃xff0c;较小的level参数则对应的函数指针则被放置在前面。而位于同一个子section内的函数指针顺序不定&＃xff0c;由编译器按照编译的顺序随机指定。所以&＃xff0c;如果一个模块的初始化函数想要越早被调用执行&＃xff0c;则需要有较小的调用级别。