Linux内核很吊之 module_init解析 （下）【转】
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Linux內(nèi)核很吊之 module_init解析 （下）
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http://blog.csdn.net/richard_liujh/article/details/46758073?-- 劉金輝
忙了一段時(shí)間，終于有時(shí)間把inux內(nèi)核很吊之 module_init解析 （下）整理完畢。
從上一篇博文http://blog.csdn.net/richard_liujh/article/details/45669207介紹了module_init宏函數(shù)，簡(jiǎn)單來說上篇博文介紹module_init如何注冊(cè)驅(qū)動(dòng)的init函數(shù)，這篇博文將詳細(xì)分析kernel啟動(dòng)過程又是如何執(zhí)行我們注冊(cè)的init函數(shù)。
如果了解過linux操作系統(tǒng)啟動(dòng)流程，那么當(dāng)bootloader加載完kernel并解壓并放置與內(nèi)存中準(zhǔn)備開始運(yùn)行，首先被調(diào)用的函數(shù)是start_kernel。start_kernel函數(shù)顧名思義，內(nèi)核從此準(zhǔn)備開啟了，但是start_kernel做的事情非常多，簡(jiǎn)單來說為內(nèi)核啟動(dòng)做準(zhǔn)備工作，復(fù)雜來說也是非常之多（包含了自旋鎖檢查、初始化棧、CPU中斷、立即數(shù)、初始化頁地址、內(nèi)存管理等等等...）。所以這篇博文我們還是主要分析和module_init注冊(cè)函數(shù)的執(zhí)行過程。
start_kernel函數(shù)在 init/main.c文件中，由于start_kernel本身功能也比較多，所以為了簡(jiǎn)介分析過程我把函數(shù)從start_kernel到do_initcalls的調(diào)用過程按照如下方式展現(xiàn)出來
start_kernel -> reset_init -> kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
|
|->static int __ref kernel_init(void *unused)
|
|-> kernel_init_freeable( )
|
|-> do_basic_setup();
|
|——> do_initcalls();
在上面的調(diào)用過程中，通過kernel_thread注冊(cè)了一個(gè)任務(wù)kernel_init，kernel_thread的函數(shù)原型如下。
/*
* Create a kernel thread.
*/
pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
{
return do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED, (unsigned long)fn,
(unsigned long)arg, NULL, NULL);
}
kernel_thread創(chuàng)建了一個(gè)內(nèi)核線程，也就是創(chuàng)建一個(gè)線程完成kernel_init的任務(wù)。通過kernel_init的逐層調(diào)用，最后調(diào)用到我們目前最應(yīng)該關(guān)心的函數(shù)do_initcalls；
do_initcalls函數(shù)如下
static void __init do_initcalls(void)
{
int level;
for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
do_initcall_level(level);
}
這個(gè)函數(shù)看起來就非常簡(jiǎn)單了，里面有for循環(huán)，每循環(huán)一次就調(diào)用一次do_initcall_level(level)；其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)在我們分析kernel源碼時(shí)，大部分函數(shù)都能從函數(shù)名猜到函數(shù)的功能，這也是一名優(yōu)秀程序猿的體現(xiàn)，大道至簡(jiǎn)，悟在天成。
接下來我們就開始具體分析do_initcalls函數(shù)啦~~
for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
這句for循環(huán)很簡(jiǎn)單，循環(huán)執(zhí)行條件是level < ARRAY_SIZE(initcall_levels)。
ARRAY_SIZE是一個(gè)宏，用于求數(shù)組元素的個(gè)數(shù)，在文件include\linux\kernel.h文件中
#define ARRAY_SIZE(arr) (sizeof(arr) / sizeof((arr)[0]) + __must_be_array(arr))
當(dāng)然ARRAY_SIZE宏里面還多了一個(gè)__must_be_array()，這個(gè)主要是確保我們傳過來的arr是一個(gè)數(shù)組，防止ARRAY_SIZE的誤用。所以在我們寫kernel驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，遇到需要求一個(gè)數(shù)組的大小請(qǐng)記得使用ARRAY_SIZE。有安全感又高大上...哈哈
那么，initcall_levels是不是數(shù)組呢？如果是，里面有什么內(nèi)容？
還是在文件main.c中有數(shù)組initcall_levels的定義
static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
__initcall0_start,
__initcall1_start,
__initcall2_start,
__initcall3_start,
__initcall4_start,
__initcall5_start,
__initcall6_start,
__initcall7_start,
__initcall_end,
};
這個(gè)數(shù)組可不能小看他，如果看過module_init解析(上)的朋友，對(duì)數(shù)組里面的名字“__initcall0 __initcall1 ... __initcall7”有一點(diǎn)點(diǎn)印象吧。
談到數(shù)組，我們知道是元素的集合，那么initcall_levels數(shù)組中得元素是什么？？？（看下面的分析前，請(qǐng)先弄清楚數(shù)組指針?和指針數(shù)組的區(qū)別，不然容易走火入魔...）
static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
很顯然，這個(gè)數(shù)組定義非常高大上。不管如何高大上，總離不開最基本的知識(shí)吧。所以我先從兩點(diǎn)去探索：
1. 數(shù)組的名字，根據(jù)數(shù)組標(biāo)志性的‘[ ]’，我們應(yīng)該很容易知道數(shù)組名字是initcall_levels
2.數(shù)組的元素類型，由于定義中出現(xiàn)了指針的符號(hào)‘ * ’，也很容知道initcall_levels原來是一個(gè)指針數(shù)組啦。
所以現(xiàn)在我們知道了initcall_levels數(shù)組里面保存的是指針啦，也就是指針的一個(gè)集合而已。掰掰腳趾數(shù)一下也能知道initcall_levels數(shù)組里面有9個(gè)元素，他們都是指針。哈哈
對(duì)于這個(gè)數(shù)組，我們先暫且到這兒，因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道了數(shù)組的個(gè)數(shù)了，也就知道for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)。（后面還會(huì)繼續(xù)分析這個(gè)數(shù)組，所以要由印象）
我們?cè)倩貋砜纯磀o_initcalls：
static void __init do_initcalls(void)
{
int level;
for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
do_initcall_level(level);
}
ARRAY_SIZE求出了數(shù)組initcall_levels的元素個(gè)數(shù)為9，所以level變量從 0 ~ 7都是滿足level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1既level < 9 - 1。一共循環(huán)了8次。
循環(huán)8此就調(diào)用了do_initcall_level(level) 8次。
do_initcall_level函數(shù)原型如下：
static void __init do_initcall_level(int level)
{
extern const struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];
initcall_t *fn;
strcpy(static_command_line, saved_command_line);
parse_args(initcall_level_names[level],
static_command_line, __start___param,
__stop___param - __start___param,
level, level,
&repair_env_string);
for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
do_one_initcall(*fn);
}
在do_initcall_level函數(shù)中，有如下部分是和內(nèi)核初始化過程調(diào)用parse_args對(duì)選項(xiàng)進(jìn)行解析并調(diào)用相關(guān)函數(shù)去處理的。其中的__start___param和__stop___param也是可以在內(nèi)核鏈接腳本vmlinux.lds中找到的。
extern const struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];
strcpy(static_command_line, saved_command_line);
parse_args(initcall_level_names[level],
static_command_line, __start___param,
__stop___param - __start___param,
level, level,
&repair_env_string);
如果將上面初始化過程中命令行參數(shù)解析過程忽略，那么就剩下的內(nèi)容也就是我們最想看到的內(nèi)容了
for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
do_one_initcall(*fn);
這個(gè)也很簡(jiǎn)單，不就是一個(gè)for循環(huán)嘛，so easy~！！
那么接下來我們就開始分析這個(gè)for循環(huán)：
1. for循環(huán)開始，fn = initcall_levels[level]，initcall_levels是上面分析過的數(shù)組，數(shù)組里面存放著指針，所以fn也應(yīng)該是指針咯。那么看看fn的定義
initcall_t *fn;
fn確實(shí)是一個(gè)initcall_t類型的指針，那initcall_t是什么？
在文件include\linux\init.h文件中找到其定義
/*
* Used for initialization calls..
*/
typedef int (*initcall_t)(void);
typedef void (*exitcall_t)(void);
從上面的定義可以知道，initcall_t原來是一個(gè)函數(shù)指針的類型定義。函數(shù)的返回值是int類型，參數(shù)是空 void。從注釋也可以看出，initcall_t是初始化調(diào)用的。
簡(jiǎn)單來說，fn是一個(gè)函數(shù)指針。
2. 每循環(huán)一次，fn++。循環(huán)執(zhí)行的條件是fn < initcall_levels[level+1];
這里fn++就不是很容易理解了，畢竟不是一個(gè)普通的變量而是一個(gè)函數(shù)指針，那么fn++有何作用呢？？
首先，fn = initcall_levels[level]，所以我們還是有必要去再看看initcall_levels數(shù)組了（之前暫時(shí)沒有分析的，現(xiàn)在開始分析了）
static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
__initcall0_start,
__initcall1_start,
__initcall2_start,
__initcall3_start,
__initcall4_start,
__initcall5_start,
__initcall6_start,
__initcall7_start,
__initcall_end,
};
已經(jīng)知道了initcall_levels是一個(gè)指針數(shù)組，也就是說數(shù)組的元素都是指針，指針是指向什么類型的數(shù)據(jù)呢？ 是initcall_t類型的，上面剛剛分析過initcall_t是函數(shù)指針的類型定義。
這樣一來，initcall_levels數(shù)組里面保存的元素都是函數(shù)指針啦。
很顯然這是通過枚舉的方式定義了數(shù)組initcall_levels，那么元素值是多少？？（數(shù)組中元素是分別是?__initcall0_start?__initcall1_start?__initcall2_start ...?__initcall7_start?__initcall_end）
通過尋找會(huì)發(fā)現(xiàn)在main.c文件中有如下的聲明
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[];
所以__initcall0_start?__initcall1_start?__initcall2_start ...?__initcall7_start?__initcall_end都是initcall_t類型的數(shù)組名，數(shù)組名也就是指針。只是這些都是extern聲明的，所以在本文件里面找不到他們的定義出。那么他們?cè)谀囊粋€(gè)文件？？答案還是 鏈接腳本 vmlinux.lds，而且我們已經(jīng)看過這些名字很多次了...
下面再次把鏈接腳本中相關(guān)的內(nèi)容拿出來：（相關(guān)的解釋請(qǐng)參考 module_init 解析--上）
__init_begin = .;
. = ALIGN(4096); .init.text : AT(ADDR(.init.text) - 0) { _sinittext = .; *(.init.text) *(.cpuinit.text) *(.meminit.text) _einittext = .; }
.init.data : AT(ADDR(.init.data) - 0) { *(.init.data) *(.cpuinit.data) *(.meminit.data) *(.init.rodata) *(.cpuinit.rodata) *(.meminit.rodata) . = ALIGN(32); __dtb_start = .; *(.dtb.init.rodata) __dtb_end = .; . = ALIGN(16); __setup_start = .; *(.init.setup) __setup_end = .; __initcall_start = .; *(.initcallearly.init) __initcall0_start = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) __initcall1_start = .; *(.initcall1.init) *(.initcall1s.init) __initcall2_start = .; *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) __initcall3_start = .; *(.initcall3.init) *(.initcall3s.init) __initcall4_start = .; *(.initcall4.init) *(.initcall4s.init) __initcall5_start = .; *(.initcall5.init) *(.initcall5s.init) __initcallrootfs_start = .; *(.initcallrootfs.init) *(.initcallrootfss.init) __initcall6_start = .; *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) __initcall7_start = .; *(.initcall7.init) *(.initcall7s.init) __initcall_end = .; __con_initcall_start = .; *(.con_initcall.init) __con_initcall_end = .; __security_initcall_start = .; *(.security_initcall.init) __security_initcall_end = .; . = ALIGN(4); __initramfs_start = .; *(.init.ramfs) . = ALIGN(8); *(.init.ramfs.info) }
. = ALIGN(4);
所以在main.c文件中extern聲明的那些數(shù)組__initcall0_start ?...?__initcall7_start?__initcall_end其實(shí)就是上面鏈接腳本vmlinux.lds中定義的標(biāo)號(hào)（也可以暫且簡(jiǎn)單粗暴認(rèn)為是地址）。
為了好理解，把其中的__initcall0_start單獨(dú)拿出來
__initcall0_start = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init)
這里的意思是，__initcall0_start 是一段地址的開始，從這個(gè)地址開始鏈接所有.initcall0.init和.initcall0s.init段的內(nèi)容。那.initcall0.init和.initcall0s.init段有什么東東？？這就是上篇博文中解釋的。簡(jiǎn)單來說，就是我們通過module_init(xxx)添加的內(nèi)容，只是module_init對(duì)應(yīng)的level值默認(rèn)為6而已。
總而言之，__initcallN_start(其中N = 0,1,2...7)地址開始存放了一系列優(yōu)先級(jí)為N的函數(shù)。我們通過module_init注冊(cè)的函數(shù)優(yōu)先級(jí)為6
現(xiàn)在我們回過頭再去看看上面的for循環(huán)
for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
<span style="white-space: pre;"> </span>do_one_initcall(*fn);
一開始fn = initcall_levels[level]，假設(shè)level = 0。也就是fn = initcall_levels[0] =?__initcall0_start。所以fn指向了鏈接腳本中的__initcall0_start地址，每當(dāng)fn++也就是fn逐次指向注冊(cè)到.initcall0.init和.initcall0s.init段中的函數(shù)地址了。for循環(huán)的條件是fn < initcall_levels[level + 1] = initcall_levels[0 + 1] = initcall_level[1] = __initcall1_start。
為了能直觀看出fn增加的范圍，用如下的簡(jiǎn)易方式表達(dá)一下。
__initcall0_start ?__initcall1_start ?__initcall2_start ?__initcall3_start ... ...?__initcall7_start? ? ?__initcall_end
| <--- fn++ -->|| <--- fn++ -->|?| <--- fn++ ->|?| <-- fn++ -->|? ... ...??| <--- fn++ -->|? END
了解這一點(diǎn)，我們已經(jīng)接近勝利的彼岸~~
for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
do_one_initcall(*fn);
最后我們要了解的就是for循環(huán)每次執(zhí)行的內(nèi)容do_one_initcall(*fn)，其函數(shù)原型如下
int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn)
{
int count = preempt_count();
int ret;
if (initcall_debug)
ret = do_one_initcall_debug(fn);
else
ret = fn();
msgbuf[0] = 0;
if (preempt_count() != count) {
sprintf(msgbuf, "preemption imbalance ");
preempt_count() = count;
}
if (irqs_disabled()) {
strlcat(msgbuf, "disabled interrupts ", sizeof(msgbuf));
local_irq_enable();
}
WARN(msgbuf[0], "initcall %pF returned with %s\n", fn, msgbuf);
return ret;
}
do_one_initcall函數(shù)就非常簡(jiǎn)單了，讓我們看看最重要的內(nèi)容如下
if (initcall_debug)
ret = do_one_initcall_debug(fn);
else
ret = fn();
這里就是判斷是不是debug模式，無非debug會(huì)多一些調(diào)試的操作。但是不管是哪一種，他們都執(zhí)行 ret = fn( );
因?yàn)閒n就是函數(shù)指針，fn指向的是我們注冊(cè)到__initcall0_start ?...?__initcall7_start的一系列函數(shù)。所以 fn( ); 就是調(diào)用這些函數(shù)。當(dāng)然也包括了驅(qū)動(dòng)中module_init注冊(cè)的函數(shù)啦，只是通過module_init注冊(cè)的level等級(jí)是6，for循環(huán)是從level = 0開始的，這也能看出0是優(yōu)先級(jí)最高，7是優(yōu)先級(jí)最低的。
到現(xiàn)在，module_init的作用已經(jīng)全部分析完畢~
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作者：Richard_LiuJH
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/richard_liujh/article/details/46758073
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核很吊之 module_init解析 （下）【转】的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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