Linux内核很吊之 module_init解析 （下）
转自： http://blog.csdn.net/richard_liujh/article/details/46758073
忙了一段时间，终于有时间把inux内核很吊之 module_init解析 （下）整理完毕。
从上一篇博文http://blog.csdn.net/richard_liujh/article/details/45669207介绍了module_init宏函数，简单来说上篇博文介绍module_init如何注册驱动的init函数，这篇博文将详细分析kernel启动过程又是如何执行我们注册的init函数。
如果了解过linux操作系统启动流程，那么当bootloader加载完kernel并解压并放置与内存中准备开始运行，首先被调用的函数是start_kernel。start_kernel函数顾名思义，内核从此准备开启了，但是start_kernel做的事情非常多，简单来说为内核启动做准备工作，复杂来说也是非常之多（包含了自旋锁检查、初始化栈、CPU中断、立即数、初始化页地址、内存管理等等等…）。所以这篇博文我们还是主要分析和module_init注册函数的执行过程。
start_kernel函数在 init/main.c文件中，由于start_kernel本身功能也比较多，所以为了简介分析过程我把函数从start_kernel到do_initcalls的调用过程按照如下方式展现出来
- 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();
- /*
- * 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);
- }
do_initcalls函数如下
- static void __init do_initcalls(void)
- {
- int level;
- for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
- do_initcall_level(level);
- }
这个函数看起来就非常简单了，里面有for循环，每循环一次就调用一次do_initcall_level(level)；其实可以发现在我们分析kernel源码时，大部分函数都能从函数名猜到函数的功能，这也是一名优秀程序猿的体现，大道至简，悟在天成。
接下来我们就开始具体分析do_initcalls函数啦~~
- for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
ARRAY_SIZE是一个宏，用于求数组元素的个数，在文件include\linux\kernel.h文件中
- #define ARRAY_SIZE(arr) (sizeof(arr) / sizeof((arr)[0]) + __must_be_array(arr))
当然ARRAY_SIZE宏里面还多了一个__must_be_array()，这个主要是确保我们传过来的arr是一个数组，防止ARRAY_SIZE的误用。所以在我们写kernel驱动程序时，遇到需要求一个数组的大小请记得使用ARRAY_SIZE。有安全感又高大上…哈哈
那么，initcall_levels是不是数组呢？如果是，里面有什么内容？
还是在文件main.c中有数组initcall_levels的定义
- static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
- __initcall0_start,
- __initcall1_start,
- __initcall2_start,
- __initcall3_start,
- __initcall4_start,
- __initcall5_start,
- __initcall6_start,
- __initcall7_start,
- __initcall_end,
- };
谈到数组，我们知道是元素的集合，那么initcall_levels数组中得元素是什么？？？（看下面的分析前，请先弄清楚数组指针 和指针数组的区别，不然容易走火入魔…）
- static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
1. 数组的名字，根据数组标志性的‘[ ]’，我们应该很容易知道数组名字是initcall_levels
2.数组的元素类型，由于定义中出现了指针的符号‘ * ’，也很容知道initcall_levels原来是一个指针数组啦。
所以现在我们知道了initcall_levels数组里面保存的是指针啦，也就是指针的一个集合而已。掰掰脚趾数一下也能知道initcall_levels数组里面有9个元素，他们都是指针。哈哈
对于这个数组，我们先暂且到这儿，因为我们已经知道了数组的个数了，也就知道for循环的循环次数。（后面还会继续分析这个数组，所以要由印象）
我们再回来看看do_initcalls：
- static void __init do_initcalls(void)
- {
- int level;
- for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
- do_initcall_level(level);
- }
循环8此就调用了do_initcall_level(level) 8次。
do_initcall_level函数原型如下：
- 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函数中，有如下部分是和内核初始化过程调用parse_args对选项进行解析并调用相关函数去处理的。其中的__start___param和__stop___param也是可以在内核链接脚本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);
- for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
- do_one_initcall(*fn);
这个也很简单，不就是一个for循环嘛，so easy~！！
那么接下来我们就开始分析这个for循环：
1. for循环开始，fn = initcall_levels[level]，initcall_levels是上面分析过的数组，数组里面存放着指针，所以fn也应该是指针咯。那么看看fn的定义
- initcall_t *fn;
在文件include\linux\init.h文件中找到其定义
- /*
- * Used for initialization calls..
- */
- typedef int (*initcall_t)(void);
- typedef void (*exitcall_t)(void);
简单来说，fn是一个函数指针。
2. 每循环一次，fn++。循环执行的条件是fn < initcall_levels[level+1];
这里fn++就不是很容易理解了，毕竟不是一个普通的变量而是一个函数指针，那么fn++有何作用呢？？
首先，fn = initcall_levels[level]，所以我们还是有必要去再看看initcall_levels数组了（之前暂时没有分析的，现在开始分析了）
- static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
- __initcall0_start,
- __initcall1_start,
- __initcall2_start,
- __initcall3_start,
- __initcall4_start,
- __initcall5_start,
- __initcall6_start,
- __initcall7_start,
- __initcall_end,
- };
这样一来，initcall_levels数组里面保存的元素都是数组指针啦。
很显然这是通过枚举的方式定义了数组initcall_levels，那么元素值是多少？？（数组中元素是分别是 __initcall0_start __initcall1_start __initcall2_start … __initcall7_start __initcall_end）
通过寻找会发现在main.c文件中有如下的声明
- 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[];
下面再次把链接脚本中相关的内容拿出来：（相关的解释请参考 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);
为了好理解，把其中的__initcall0_start单独拿出来
- __initcall0_start = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init)
总而言之，__initcallN_start(其中N = 0,1,2…7)地址开始存放了一系列优先级为N的函数。我们通过module_init注册的函数优先级为6
现在我们回过头再去看看上面的for循环
- for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
一开始fn = initcall_levels[level]，假设level = 0。也就是fn = initcall_levels[0] = __initcall0_start。所以fn指向了链接脚本中的__initcall0_start地址，每当fn++也就是fn逐次指向注册到.initcall0.init和.initcall0s.init段中的函数地址了。for循环的条件是fn < initcall_levels[level + 1] = initcall_levels[0 + 1] = initcall_level[1] = __initcall1_start。
为了能直观看出fn增加的范围，用如下的简易方式表达一下。
__initcall0_start __initcall1_start __initcall2_start __initcall3_start … … __initcall7_start __initcall_end
| <—– fn++ —->|| <—– fn++ —>| | <—– fn++ —>| | <—– fn++ —>|… … | <—– fn++ —>| END
了解这一点，我们已经接近胜利的彼岸~~
- for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
- do_one_initcall(*fn);
- 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;
- }
- if (initcall_debug)
- ret = do_one_initcall_debug(fn);
- else
- ret = fn();
因为fn就是函数指针，fn指向的是我们注册到__initcall0_start … __initcall7_start的一系列函数。所以 fn( ); 就是 调用这些函数。当然也包括了驱动中module_init注册的函数啦，只是通过module_init注册的level等级是6，for循环是从level = 0开始的，这也能看出0是优先级最高，7是优先级最低的。
到现在，module_init的作用已经全部分析完毕~
