Linux内核启动流程与模块机制
本文旨在简单的介绍一下Linux的启动流程与模块机制:
Linux启动的C入口位于/Linux.2.6.22.6/init/main.c::start_kernel()
下图简要的描述了一下内核初始化的流程:
本文我们分析一下do_initcalls ()函数,他负责大部分模块的初始化(比如U盘驱动就是在这里被初始化的)。
static void __init do_initcalls(void)
{
initcall_t *call;
int count = preempt_count(); for (call = __initcall_start; call < __initcall_end; call++) {
ktime_t t0, t1, delta;
char *msg = NULL;
char msgbuf[];
int result;
....
}
}
它会循环执行一段区域里面的内容,那么这段区域里面是什么呢?
先把相关的定义贴出来:
__initcall_start = .;
INITCALLS
__initcall_end = .;
#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)
#define __define_initcall(level,fn,id) \
static initcall_t __initcall_##fn##id __attribute_used__ \
__attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn
这里涉及的是链接器的知识,链接器在链接时会把文件分段,而do_initcalls ()里面的for循环就是循环的某段区域(这里指initcall段),我们把每个模块的入口函数放到这个区域里,这样模块在内核初始化的过程中就会跑到。这里还涉及另一个重要的知识点就是:GCC支持用户通过__attribute__来自定义段(比如通过__init修饰的函数只在初始化过程中执行一次,因为这段区域在初始化之后就被释放掉了)。链接器的相关知识是理解这里的重点,大家可以找点这方面的资料看看。
下面我们以U盘驱动程序为例,看看他是如何被加载的:
/Linux2.6.22.6/drivers/usb/storage/usb.c::
module_init(usb_stor_init);
module_exit(usb_stor_exit);
module_init()是一个宏,这里表示指定usb_stor_init()为U盘驱动程序的入口点。
#define module_init(x) __initcall(x);
#define __initcall(fn) device_initcall(fn)
#define device_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)
到这里,大概可以知道,程序在链接时,usb_stor_init()会被放到*(.initcall6.init)可以访问到的地方,这样在do_initcalls ()的for循环里面,usb_stor_init()就会被执行。
到此,也可以大概清楚Linux的模块机制是什么样子的了。
#define pure_initcall(fn) __define_initcall("0",fn,1) #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)
上面的定义表示模块也是分优先级的,这也很好理解,还以U盘为例,内核必须先完成USB控制器以及USB总线驱动的初始化,然后U盘的驱动才能初始化成功,所以USB_Core的模块入口定义是下面这样的:
/Linux2.6.22.6/drivers/usb/core/usb.c::
subsys_initcall(usb_init);
module_exit(usb_exit);
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