linux内核驱动 之 module_init解析 （上）

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- 刘金辉

写过linux驱动的程序猿都知道module_init（） 这个函数。那么我们来了解一下module_init这个函数的具体功能和执行过程

在kernel源码目录中找到include\linux\init.h文件

"font-family:SimSun;font-size:14px;">/**
 * module_init() - driver initialization entry point
 * @x: function to be run at kernel boot time or module insertion
 *
 * module_init() will either be called during do_initcalls() (if
 * builtin) or at module insertion time (if a module).  There can only
 * be one per module.
 */
#define module_init(x)  __initcall(x);

这里面就有对module_init 的定义，我们发现

module_init(x)是一个宏定义，那么_initcall(x)又是什么呢?

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

感觉怪怪的，怎么这么多的宏？？再解释这个之前，我们再来看看更多的宏定义吧

完整的宏定义如下：

__define_initcall：

/* initcalls are now grouped by functionality into separate
 * subsections. Ordering inside the subsections is determined
 * by link order.
 * For backwards compatibility, initcall() puts the call in
 * the device init subsection.
 *
 * The `id' arg to __define_initcall() is needed so that multiple initcalls
 * can point at the same handler without causing duplicate-symbol build errors.
 */

#define __define_initcall(fn, id) \
    static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
    __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn

initcalls：

"code" class="cpp">/
 * A "pure" initcall has no dependencies on anything else, and purely
 * initializes variables that couldn't be statically initialized.
 *
 * This only exists for built-in code, not for modules.
 * Keep main.c:initcall_level_names[] in sync.
 */
#define pure_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 0)

#define core_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 1)
#define core_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 1s)
#define postcore_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 2)
#define postcore_initcall_sync(fn)  __define_initcall(fn, 2s)
#define arch_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 3)
#define arch_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 3s)
#define subsys_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 4)
#define subsys_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 4s)
#define fs_initcall(fn)         __define_initcall(fn, 5)
#define fs_initcall_sync(fn)        __define_initcall(fn, 5s)
#define rootfs_initcall(fn)     __define_initcall(fn, rootfs)
#define device_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 6)
#define device_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 6s)
#define late_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 7)
#define late_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 7s)

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

Note：下面用xxx_initcall来代表pure_initcall，core_initcall、core_initcall_sync … …

我们可以看到非常多的xxx_initcall宏函数定义，他们都是通过__define_initcall 实现的。在__define_initcall里面包含了两个参数，一个是fn，另一个则是id。那么，这么多的宏又有何用？？

我们来到init\main.c文件中可以找到函数do_initcalls

static void __init do_initcalls(void)
{
    int level;

    for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
        do_initcall_level(level);
}

很明显do_initcalls中有一个for循环，那么此循环就是按照优先级顺序执行一些函数的。那么问题又来了，执行哪些函数？？我们看看do_initcalls这个名字。是不是initcall非常的眼熟？没错就是上面我们提到过的宏定义xxx_initcall里面就有initcall。

所以，我们先来解释一下这些宏有什么用
还是从我们最熟悉的地方module_init(fn)开始说起，其中fn是module_init的参数，fn是一个函数指针（函数名）。

module_init(fn)---> __initcall(fn) ---> device_initcall(fn) ---> __define_initcall(fn, 6)

所以当我们写module_init(fn)最终我们可以简化成以下内容(假设module_init的参数为test_init)

module_init(test_init) ---> __define_initcall(test_init, 6)

#define __define_initcall(fn, id) \
    static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
    __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn

简单补充：

符号	作用	举例
##	“##”符号可以 是连接的意思	例如 __initcall_##fn##id 为__initcall_fnid 那么，fn = test_init，id = 6时，__initcall_##fn##id 为 __initcall_test_init6
#	“#”符号可以 是字符串化的意思	例如 #id 为 “id”，id=6 时，#id 为“6”

通过上面的定义，我们把module_init(test_init)给替换如下内容

static initcall_t __initcall_test6 __used __attribute__((__section__(".initcall""6" ".init"))) =test_init

是不是看起来更加头疼，那么我们说简单一点。通过__attribute__（__section__）设置函数属性，也就是将test_init放在.initcall6.init段中。这个段在哪用？这就要涉及到链接脚本了。

大家可以到kernel目录arch中，根据自己的处理器平台找到对应的链接脚本。例如我现在的平台是君正m200（mips架构），可能大部分是arm架构。

在arch/mips/kernel/vmlinux.lds这个链接脚本里面有如下一段代码

__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);

当然，关于链接脚本又有很多多动要讲。所以现在我们不关心里面的具体含义，我们可以观察到上面有这些字符串使我们比较熟悉的：__initcall6_start = .; *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init)。链接脚本里的东西看似很乱很难，其实是非常有逻辑有规律可循的，我们来简单解释下面一行的代码作用

__initcall6_start = .; *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init)

其中__initcall6_start是一个符号，链接器用到的。__initcall6_start = .; ，其中的 '.'符号是对当前地址的一个引用，也就说把当前的地址给了符号__initcall6_start, *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) 的意思是所有的.initcall6.init段和.initcall6s.init段的内容从__initcall6_start为起始地址开始链接。

.initcall0.init .initcall0s.init .initcall1.init .initcall1s.init …… .initcall7.init .initcall7s.init

上面的内容都出现在了链接脚本中，而0,0s,1,1s,2,2s …… 6,6s,7,7s 有没有觉得在哪里见过？ 我们回顾一下initcalls里面的定义

#define pure_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 0)

#define core_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 1)
#define core_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 1s)
#define postcore_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 2)
#define postcore_initcall_sync(fn)  __define_initcall(fn, 2s)
#define arch_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 3)
#define arch_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 3s)
#define subsys_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 4)
#define subsys_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 4s)
#define fs_initcall(fn)         __define_initcall(fn, 5)
#define fs_initcall_sync(fn)        __define_initcall(fn, 5s)
#define rootfs_initcall(fn)     __define_initcall(fn, rootfs)
#define device_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 6)
#define device_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 6s)
#define late_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 7)
#define late_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 7s)

这里面就有0,0s,1,1s,2,2s …… 6,6s,7,7s，也就是__define_initcall(fn, id)中的第二个参数 id。很显然这个id的值不是我们在调用module_init的时候传过去的。数字id 0~7代表的是不同的优先级（0最高，module_init对应的优先级为6，所以一般我们注册的驱动程序优先级为6），链接脚本里面根据我们注册不同的id，将我们的函数fn放入对应的地址里面。根据上面的分析，test_init放在.initcall6.init段中。

在kernel启动过程中，会调用do_initcalls函数一次调用我们通过xxx_initcall注册的各种函数，优先级高的先执行。所以我们通过module_init注册的函数在kernel启动的时候会被顺序执行。

由于时间原因，只能把具体执行过程放在linux内核很吊之 module_init解析 （下）再分析了。