一、導(dǎo)讀

在linux內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程中，會(huì)向終端打印出很多的日志信息，從這些信息中可以得到許多內(nèi)核的行為。如果在啟動(dòng)階段出現(xiàn)了問(wèn)題，那么很多的提示信息也會(huì)從終端打印出。

這些信息的輸出與具體模塊功能的執(zhí)行都?xì)w功于一個(gè)函數(shù)：do_initcalls，本文將主要分析這個(gè)函數(shù)的執(zhí)行邏輯，且從這個(gè)函數(shù)延伸到linux各個(gè)子系統(tǒng)初始化背后的機(jī)制。

本文所有源碼分析基于linux內(nèi)核版本：4.1.15

二、do_initcalls

do_initcalls由do_basic_setup()調(diào)用：

do_basic_setup()由kernel_init()代表的內(nèi)核init線程函數(shù)間接調(diào)用（在kernel_init_freeable()被調(diào)用）。

在調(diào)用do_basic_setup之前，處理器已經(jīng)被初始化了，CPU子系統(tǒng)已經(jīng)啟動(dòng)并且運(yùn)行，內(nèi)存和進(jìn)程管理也工作正常，但是系統(tǒng)中的設(shè)備還沒(méi)有被初始化，故而do_basic_setup正作用于此，本文主要描述do_initcalls，所以不再進(jìn)而分析其他的函數(shù)。

do_initcalls在/init/main.c文件中實(shí)現(xiàn)：

staticvoid__initdo_initcalls(void)
{
intlevel;

for(level=0;level

	

	函數(shù)中內(nèi)容比較少，是一個(gè)for循環(huán)結(jié)構(gòu)，循環(huán)的對(duì)象是initcall_levels數(shù)組，該數(shù)組用于描述初始化調(diào)用的級(jí)別，定義如下：

	
externinitcall_t__initcall_start[];
externinitcall_t__initcall0_start[];
externinitcall_t__initcall1_start[];
externinitcall_t__initcall2_start[];
externinitcall_t__initcall3_start[];
externinitcall_t__initcall4_start[];
externinitcall_t__initcall5_start[];
externinitcall_t__initcall6_start[];
externinitcall_t__initcall7_start[];
externinitcall_t__initcall_end[];

staticinitcall_t*initcall_levels[]__initdata={
__initcall0_start,
__initcall1_start,
__initcall2_start,
__initcall3_start,
__initcall4_start,
__initcall5_start,
__initcall6_start,
__initcall7_start,
__initcall_end,
};


	

	從上述代碼可見(jiàn)，initcall_levels數(shù)組中的元素為initcall_t類型的指針，回到do_initcalls()函數(shù)中，該函數(shù)的核心操作是：按順序從__initcall0_start開(kāi)始，到__initcall_end結(jié)束的節(jié)段（稱為初始化調(diào)用段）中取出不同段之間的函數(shù)，并執(zhí)行。


	存在這幾個(gè)初始化調(diào)用段之間的函數(shù)都是內(nèi)核中各個(gè)模塊的初始化函數(shù)，而這些函數(shù)是如何加入到初始化調(diào)用段中的呢？又是如何設(shè)置調(diào)用級(jí)別的，會(huì)在后文中描述到。

	在do_initcalls()函數(shù)中，會(huì)根據(jù)initcall_levels初始化調(diào)用級(jí)別的數(shù)量調(diào)用do_initcall_level()，該函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

	
staticvoid__initdo_initcall_level(intlevel)
{
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=initcall_levels[level];fn

	

	從上述代碼可見(jiàn)，在函數(shù)的最后也是一個(gè)for循環(huán)結(jié)構(gòu)，該循環(huán)的操作對(duì)象為函數(shù)指針，且會(huì)將對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針傳遞到do_one_initcall中，在該函數(shù)執(zhí)行函數(shù)指針?biāo)赶虻暮瘮?shù)：

	

	三、構(gòu)造section并添加函數(shù)

	（3-1）構(gòu)造初始化調(diào)用section

	在linux內(nèi)核中，不同架構(gòu)（ARCH）下的kernel目錄中，都會(huì)有一個(gè)名為vmlinux.lds.S的鏈接腳本，初始化調(diào)用section的構(gòu)造則在這個(gè)鏈接腳本中完成。

	本文以ARM32架構(gòu)為例

	在/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中的鏈接腳本中，.init.data輸出節(jié)段則需要INIT_CALLS作為輸入節(jié)段：

	

	INIT_CALLS定義在/include/asm-generic/vmlinux.lds.h文件中：

	

	而在內(nèi)核的makefile中有以下語(yǔ)句：

	
LDFLAGS_vmlinux+=-Tarch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds.s


	

	用于指定構(gòu)建linux內(nèi)核鏡像時(shí)所使用的鏈接腳本，基于此，則會(huì)構(gòu)造好初始化調(diào)用section。


	當(dāng)初始化調(diào)用section構(gòu)造完成后，是如何向該section中添加函數(shù)的呢？繼續(xù)往下看。

	（3-2）向section中添加函數(shù)

	向section中添加函數(shù)的本質(zhì)操作則是__define_initcall()，定義如下：

	

	并且linux內(nèi)核基于__define_initcall()封裝出了多個(gè)宏定義接口，供內(nèi)核中各個(gè)模塊使用，接口如下：

	

	__define_initcall()宏定義的本質(zhì)則是定義一個(gè)initcall_t函數(shù)指針類型的變量并命名為_(kāi)_initcall_##fn##id，其中fn為賦值給該變量的函數(shù)名稱，id為初始化調(diào)用級(jí)別，然后將fn賦值給該變量。接著就是最為重要的技術(shù)點(diǎn)：使用__attribute__將該變量加入到命名為"initcall##id.init"的section中，其中id為初始化調(diào)用級(jí)別，所以將fn添加到初始化調(diào)用section中則是通過(guò)這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。例如：如果有以下類似的代碼：

	
staticvoid__initshow_info(void)
{
printk("I'miriczhao
")
}

core_initcall(show_info);


	

	經(jīng)過(guò)層層宏替換后，本質(zhì)上則變成：

	
staticinitcall_t__initcall_core_initcall1__used
__attribute__((__section__(".initcall1.init")))=show_info;


	

	四、總結(jié)

	綜上，linux內(nèi)核中使用基于__define_initcall封裝出的多個(gè)接口API初始化內(nèi)核的各個(gè)模塊，使用這些API接口會(huì)將指定的函數(shù)放到名稱為.initcall##id.init的section中，id為初始化調(diào)用級(jí)別，內(nèi)核中定義了14種調(diào)用級(jí)別：分別為1~7和1s~7s（linux 3.0后增加的擴(kuò)展）。這些調(diào)用級(jí)別是按照先后順序依次排列的。

	（4-1）linux內(nèi)核中，對(duì)于內(nèi)核的各個(gè)模塊的初始化，正是通過(guò)使用__define_initcall()的衍生宏定義API將初始化函數(shù)放置到__initcall##id.initsection中，不同模塊的初始化函數(shù)按照調(diào)用級(jí)別順序排列。在內(nèi)核啟動(dòng)階段，這些放置到這個(gè)section中的函數(shù)指針將被do_initcalls()按順序依次調(diào)用，進(jìn)而完成各個(gè)模塊的初始化操作。

	linux內(nèi)核系統(tǒng)非常龐大，各個(gè)子系統(tǒng)也非常多，他們的初始化函數(shù)從源碼上是不需要在內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程中去主動(dòng)調(diào)用的，從設(shè)計(jì)上這一點(diǎn)也不現(xiàn)實(shí)，隨著內(nèi)核功能的增加，越來(lái)越復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序，從而linux內(nèi)核基于編譯器section技術(shù)，設(shè)計(jì)了初始化調(diào)用機(jī)制，將各個(gè)模塊的初始化與linux內(nèi)核啟動(dòng)主線分離。

	（4-2）當(dāng)使用基于__define_initcall封裝出的多個(gè)API接口時(shí)，函數(shù)指針?lè)胖玫侥膫€(gè)子section由具體的宏定義API接口的level參數(shù)確定，較小的level參數(shù)對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針則被放置在前面。而位于同一個(gè)子section內(nèi)的函數(shù)指針順序不定，由編譯器按照編譯的順序隨機(jī)指定。所以，如果一個(gè)模塊的初始化函數(shù)想要越早被調(diào)用執(zhí)行，則需要有較小的調(diào)用級(jí)別。

	




	審核編輯：劉清