系统初始化函数集(subsys_initcall)和初始化段应用

系统初始化函数集(subsys_initcall)和初始化段应用

前言：前段时间做一个项目需要设计一个动态库，并希望在加载库的同时自动执行一些初始化动作，于是联想到了linux内核众子系统的初始化，于是研究之，并在过这程中发现了初始化段的存在，利用初始化段实现了该功能。工作一年，笔记积累多了，慢慢变得杂乱无章，于是开博，一方面整理笔记，梳理知识，另一方面和大家交流，共同进步。

keyword：subsys_initcall, init, init_call

1 系统初始化调用函数集分析(静态)

1.1 函数定义

在linux内核代码里，运用了subsys_initcall来进行各种子系统的初始化，具体怎么初始化的呢？其实并不复杂。以2.6.29内核作为例子。在<include/linux/init.h>下就能找到subsys_initcall的定义：
#define
pure_initcall(fn) __define_initcall("0",fn,0)

#define core_initcall(fn) __define_initcall("1",fn,1)

#define core_initcall_sync(fn) __define_initcall("1s",fn,1s)

#define postcore_initcall(fn) __define_initcall("2",fn,2)

#define postcore_initcall_sync(fn) __define_initcall("2s",fn,2s)

#define arch_initcall(fn) __define_initcall("3",fn,3)

#define arch_initcall_sync(fn) __define_initcall("3s",fn,3s)

#define subsys_initcall(fn) __define_initcall("4",fn,4)

#define subsys_initcall_sync(fn) __define_initcall("4s",fn,4s)

#define fs_initcall(fn) __define_initcall("5",fn,5)

#define fs_initcall_sync(fn) __define_initcall("5s",fn,5s)

#define rootfs_initcall(fn) __define_initcall("rootfs",fn,rootfs)

#define device_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)

#define device_initcall_sync(fn) __define_initcall("6s",fn,6s)

#define late_initcall(fn) __define_initcall("7",fn,7)

#define late_initcall_sync(fn) __define_initcall("7s",fn,7s)

而__define_initcall又被定义为

#define __define_initcall(level,fn,id) /

static initcall_t __initcall_##fn##id __used /

__attribute__((__section__(".initcall"
level ".init"))) = fn

所以 subsys_initcall(fn) ==__initcall_fn4 它将被链接器放于section .initcall4.init
中。（attribute将会在另一篇文章中介绍）

1.2 初始化函数集的调用过程

执行过程：

start_kernel->rest_init

系统在启动后在rest_init中会创建init内核线程

init->do_basic_setup->do_initcalls

do_initcalls中会把.initcall.init.中的函数依次执行一遍:

for (call =
__initcall_start; call < __initcall_end; call++) {

. .....

result = (*call)();

. ........

}

这个__initcall_start是在文件<arch/xxx/kernel/vmlinux.lds.S>定义的:

.initcall.init : AT(ADDR(.initcall.init) - LOAD_OFFSET) {

__initcall_start = .;

INITCALLS

__initcall_end = .;

}

INITCALLS被定义于<asm-generic/vmlinux.lds.h>:

#define
INITCALLS /

*(.initcall0.init) /

*(.initcall0s.init) /

*(.initcall1.init) /

*(.initcall1s.init) /

*(.initcall2.init) /

*(.initcall2s.init) /

*(.initcall3.init) /

*(.initcall3s.init) /

*(.initcall4.init) /

*(.initcall4s.init) /

*(.initcall5.init) /

*(.initcall5s.init) /

*(.initcallrootfs.init) /

*(.initcall6.init) /

*(.initcall6s.init) /

*(.initcall7.init) /

*(.initcall7s.init)

2 基于模块方式的初始化函数(动态)

2.1函数定义

subsys_initcall的静态调用方式应该讲清楚来龙去脉了,现在看看动态方式的初始化函数调用(模块方式)。在<include/linux/init.h>里，如果MODULE宏被定义，说明该函数将被编译进模块里，在系统启动后以模块方式被调用。
#define
core_initcall(fn) module_init(fn)

#define postcore_initcall(fn) module_init(fn)

#define arch_initcall(fn) module_init(fn)

#define subsys_initcall(fn) module_init(fn)

#define fs_initcall(fn) module_init(fn)

#define device_initcall(fn) module_init(fn)

#define late_initcall(fn) module_init(fn)
这是在定义MODULE的情况下对subsys_initcall的定义,就是说对于驱动模块,使用subsys_initcall等价于使用module_init

2.2 module_init 分析

下面先看看module_init宏究竟做了什么

#define module_init(initfn) /

static inline initcall_t __inittest(void) / /*定义此函数用来检测传入函数的类型,并在编译时提供警告信息*/

{ return initfn; } /

int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));/*声明init_modlue为 initfn的别名,insmod只查找名字为init_module函数并调用*/

typedef int (*initcall_t)(void);/*函数类型定义*/

在以模块方式编译一个模块的时候，会自动生成一个xxx.mod.c文件， 在该文件里面定义一个struct module变量，并把init函数设置为上面的init_module() 而上面的这个init_module，被alias成模块的初始化函数(参考<gcc关键字:__attribute__, alias, visibility, hidden>)。

也就是说，模块装载的时候(insmod，modprobe)，sys_init_module()系统调用会调用module_init指定的函数（对于编译成>模块的情况）。

2.3 module的自动加载

内核在启动时已经检测到了系统的硬件设备，并把硬件设备信息通过sysfs内核虚拟文件系统导出。sysfs文件系统由系统初始化脚本挂载到/sys上。udev扫描sysfs文件系统，根据硬件设备信息生成热插拔（hotplug）事件，udev再读取这些事件，生成对应的硬件设备文件。由于没有实际的硬件插拔动作，所以这一过程被称为coldplug。
udev完成coldplug操作，需要下面三个程序：

udevtrigger——扫描sysfs文件系统，生成相应的硬件设备hotplug事件。

udevd——作为deamon，记录hotplug事件，然后排队后再发送给udev，避免事件冲突（race conditions）。

udevsettle——查看udev事件队列，等队列内事件全部处理完毕才退出。
要规定事件怎样处理就要编写规则文件了.规则文件是udev的灵魂，没有规则文件，udev无法自动加载硬件设备的驱动模块。它一般位于<etc/udev/rules.d>

3初始化段的应用

这里给出一个简单的初始化段的使用例子，将a.c编译成一个动态库，其中，函数a（）和函数c（）放在两个不同的初始化段里，函数b（）默认放置；编译main.c，链接到由a.c编译成的动态库，观察各函数的执行顺序。
# cat a.c

#include <stdio.h> typedef int (*fn) (void); int a(void) { printf("a/n"); return 0; } __attribute__((__section__(".init_array.2"))) static fn init_a = a; int c(void) { printf("c/n"); return 0; } __attribute__((__section__(".init_array.1"))) static fn init_c = c; int b() { printf("b/n"); return 0; }

# cat main.c

#include<stdio.h> int b(); int main() { printf("main/n"); b(); }

# cat mk.sh

gcc -fPIC -g -c a.c gcc -shared -g -o liba.so a.o cp liba.so /lib/ -fr gcc main.c liba.so ldconfig ./a.out

# gcc -fPIC -g -c a.c

# gcc -shared -g -o liba.so a.o

# cp liba.so /lib/

# gcc main.c liba.so

# ldconfig

# ./a.out

a

c

main

b