Linux Kernel代码分段分析尝试

1. gcc的__attribute__编绎属性

要了解Linux Kernel代码的分段信息，需要了解一下gcc的__attribute__的编绎属性，__attribute__主要用于改变所声明或定义的函数或数据的特性，它有很多子项，用于改变作用对象的特性。比如对函数，noline将禁止进行内联扩展、noreturn表示没有返回值、pure表明函数除返回值外，不会通过其它（如全局变量、指针）对函数外部产生任何影响。但这里我们比较感兴趣的是对代码段起作用子项section。

__attribute__的section子项的使用格式为：

__attribute__((section("section_name")))

其作用是将作用的函数或数据放入指定名为"section_name"输入段。

这里还要注意一下两个概念：输入段和输出段

输入段和输出段是相对于要生成最终的elf或binary时的Link过程说的，Link过程的输入大都是由源代码编绎生成的目标文件.o，那么这些.o文件中包含的段相对link过程来说就是输入段，而Link的输出一般是可执行文件elf或库等，这些输出文件中也包含有段，这些输出文件中的段就叫做输出段。输入段和输出段本来没有什么必然的联系，是互相独立，只是在Link过程中，Link程序会根据一定的规则（这些规则其实来源于Link Script），将不同的输入段重新组合到不同的输出段中，即使是段的名字，输入段和输出段可以完全不同。

其用法举例如下：

int  var __attribute__((section(".xdata"))) = 0;

这样定义的变量var将被放入名为.xdata的输入段，（注意：__attribute__这种用法中的括号好像很严格，这里的几个括号好象一个也不能少。）

static int __attribute__((section(".xinit"))) functionA(void)

{

 .....
}

这个例子将使函数functionA被放入名叫.xinit的输入段。

需要着重注意的是，__attribute__的section属性只指定对象的输入段，它并不能影响所指定对象最终会放在可执行文件的什么段。

2. Linux Kernel源代码中与段有关的重要宏定义

Ａ. 关于__init、__initdata、__exit、__exitdata及类似的宏

 打开Linux Kernel源代码树中的文件：include/init.h，可以看到有下面的宏定议：

#define __init  __attribute__ ((__section__ (".init.text")))  __cold

#define __initdata    __attribute__ (( __section__ (".init.data")))

#define __exitdata   __attribute__ (( __section__ (".exit.data")))

#define __exit_call  __attribute_used__ __attribute__ (( __section__ (".exitcall.exit")))

#define __init_refok  oninline __attribute__ ((__section__ (".text.init.refok")))

#define __initdata_refok __attribute__ ((__section__ (".data.init.refok")))

#define __exit_refok noinline __attribute__ ((__section__ (".exit.text.refok")))

.........

#ifdef MODULE

#define __exit  __attribute__ (( __section__ (".exit.text"))) __cold

#else

#define __exit __attribute_used__ __attribute__ ((__section__ (".exit.text"))) __cold

#endif

 对于经常写驱动模块或翻阅Kernel源代码的人，看到熟悉的宏了吧：__init, __initdata, __exit, __exitdata。

__init 宏最常用的地方是驱动模块初始化函数的定义处，其目的是将驱动模块的初始化函数放入名叫.init.text的输入段。对于__initdata来说，用于数据定义，目的是将数据放入名叫.init.data的输入段。其它几个宏也类似。另外需要注意的是，在以上定意中，用__section__代替了section。还有其它一些类似的宏定义，这里不一一列出，其作用都是类似的。

Ｂ. 关于initcall的一些宏定义

在该文件中，下面这条宏定议更为重要，它是一条可扩展的宏：

#define  __define_initcall(level,fn,id) \

     static initcall_t __initcall_##fn##id  __attribute_used__ \

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

这条宏带有3个参数：level,fn, id，分析该宏可以看出：

　１.其用来定义类型为initcall_t的static函数指针，函数指针的名称由参数fn和id决定：__initcall_##fn##id，这就是函数指针的名称，它其实是一个变量名称。从该名称的定义方法我们其学到了宏定义的一种高级用法，即利用宏的参数产生名称，这要借助于"##"这一符号组合的作用。

　２.  这一函数指针变量放入什么输入段呢，请看__attribute__ ((__section__ (".initcall" levle ".init")))，输入段的名称由level决定，如果level="1"，则输入段是.initcall1.init，如果level="3s"，则输入段是.initcall3s.init。这一函数指针变量就是放在用这种方法决定的输入段中的。

　３. 这一定义的函数指针变量的初始值是什么叫，其实就是宏参数fn，实际使用中，fn其实就是真实定义好的函数。

该宏定义并不直接使用，请看接下来的这些宏定义：

#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)

这些宏定义出来是为了方便的使用__define_initcall宏定义的，上面每条宏第一次使用时都会产生一个新的输入段。

接下来还有一条

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)
这一条其实只是定义了另一个别名，即平常使用的__initcall其实就是这儿的device_initcall，用它定义的函数指定位于段.initcall6.init中。

Ｃ. __setup宏的来源及使用

__setup这条宏在Linux Kernel中使用最多的地方就是定义处理Kernel启动参数的函数及数据结构，请看下面的宏定义：

#define __setup_param(str, unique_id, fn, early)   \
 static char __setup_str_##unique_id[] __initdata __aligned(1) = str; \
 static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id \
  __used __section(.init.setup)   \
  __attribute__((aligned((sizeof(long))))) \
  = { __setup_str_##unique_id, fn, early }


#define __setup(str, fn)     \
 __setup_param(str, fn, fn, 0)

使用Kernel中的例子分析一下这两条定义：

__setup("root=",root_dev_setup);

这条语句出现在init/do_mounts.c中，其作用是处理Kernel启动时的像root=/dev/mtdblock3之类的参数的。

分解一下这条语句，首先变为：

__setup_param("root=",root_dev_setup,root_dev_setup,0);

继续分解，将得到下面这段代吗：

static char __setup_str_root_dev_setup_id[] __initdata __aligned(1) = "root=";
static struct obs_kernel_param __setup_root_dev_setup_id
  __used __section(.init.setup)
  __attribute__((aligned((sizeof(long)))))
  = { __setup_str_root_dev_setup_id, root_dev_setup, 0 };


这段代码定义了两个变量：字符数组变量__setup_str_root_dev_setup_id，其初始化内容为"root="，由于该变量用__initdata修饰，它将被放入.init.data输入段；另一变量是结构变量__setup_root_dev_setup_id，其类型为struct obs_kernel_param， 该变理被放入输入段.init.setup中。结构struct struct obs_kernel_param也在该文件中定义如下：

struct obs_kernel_param {
 const char *str;
 int (*setup_func)(char *);
 int early;
};

变量__setup_root_dev_setup_id的三个成员分别被初始化为：

__setup_str_root_dev_setup_id －－> 前面定义的字符数组变量，初始内容为"root="。

root_dev_setup －－> 通过宏传过来的处理函数。

0 －－>常量0，该成员的作用以后分析。

现在不难想像内核启动时怎么处理启动参数的了：通过__setup宏定义obs_kernel_param结构变量都被放入.init.setup段中，这样一来实际是使.init.setup段变成一张表，Kernel在处理每一个启动参数时，都会来查找这张表，与每一个数据项中的成员str进行比较，如果完全相同，就会调用该数据项的函数指针成员setup_func所指向的函数（该函数是在使用__setup宏定义该变量时传入的函数参数），并将启动参数如root=后面的内容传给该处理函数。