Linux驱动late_initcall和module_init相关分析

     Linux系统启动过程很复杂，因为它既需要支持模块静态加载机制也要支持动态加载机制。模块动态加载机制给系统提供了极大的灵活性，驱动程序既可支持静态编译进内核，也可以支持动态加载机制。Linux系统中对设备和子系统的初始化在最后进行，主要过程可以用下图表示。

图1

进入子系统初始化时，在内核init进程中进行设备初始化，最为复杂、诡异的机制莫过于do_initcalls()函数调用，该函数完成了所有需要静态加载模块的初始化，需要进行静态加载的内核模块，需要使用一些特定的宏进行处理，下面详细来说明一些linux内核中initcalls机制。

先来看看do_initcalls()函数原型：

图2

核心部分是639~671之间，该部分是一个函数指针调用，遍历_initcall_start~_initcall_end范围，逐个调用函数指针。

那_initcall_start~_initcall_end之间存放的是什么呢，可以以下面一幅示意图来说明。

图3

图左边是地址指针，右边是相关宏，使用相关宏处理函数指针，可以将被处理的函数指针放在特定的指针范围内。例如，网络设备层初始化函数是net_dev_init()，定义在net/core/dev.c中，在该函数下方有条宏处理subsys_initcall(net_dev_init)，该宏完成将net_dev_init函数指针放在上图中.initcall4.init段中，在do_initcalls()函数调用时，其处于_initcall_start~_initcall_end直接，所以net_dev_init()就这样被调用了。

这种机制真是比较巧妙，也比较难以理解，设计初衷就是为了实现一个通用的启动流程，使移植或扩展时，只需要对需要启动加载的模块进行宏处理即可。

下面来详细了解这种机制的实现方法。

先说一说gcc对手动定位代码段位置的支持，_attribute_是gcc的关键字，指示编译器给符号设置特定属性。编译完成后输入到链接器的是各个带有符号表的文件，链接器对各个文件中符号进行重定位，_attribute_在该阶段进行处理，将指定符号放在链接生成文件段中特定位置，不单只指代码段，也包括数据段，如系统初始化中经常见到的_initdata，即将指定符号放到数据段特定位置。

当然，具体这些段是如何生成的，也是有文件进行配置，即在链接配置文件arch/xxx/vmlinux.ds.S.中,如下

图4

在2.6.16内核中INITCALLS已直接被替换为

*(.initcall1.init) *(.initcall2.init) *(.initcall3.init) *(.initcall4.init) *(.initcall5.init) *(.initcall6.init) *(.initcall7.init)

这和图3中的结构是对应的。接下来看看内核提供了哪些宏定义用来处理特定函数指针和数据。在include/linux/init.h文件中，包括各种常见的包装。

#define __define_initcall(level,fn) \     static initcall_t __initcall_##fn __attribute_used__ \     __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn #define core_initcall(fn)       __define_initcall("1",fn) #define postcore_initcall(fn)   __define_initcall("2",fn) #define arch_initcall(fn)       __define_initcall("3",fn) #define subsys_initcall(fn)     __define_initcall("4",fn) #define fs_initcall(fn)         __define_initcall("5",fn) #define device_initcall(fn)     __define_initcall("6",fn) #define late_initcall(fn)       __define_initcall("7",fn)

可以看出，内核为满足不同初始化等级，设计了1~7共7个等级，不同等级初始化代码用对应的宏进行处理，读者可以对照上表进行理解一下。还有其它一些宏，用于各种任务需求，如模块加载宏module_init()，module_exit()，其处理又略有不同，读者可以自己理解一下。

总的来说，initcalls机制提供给内核开发者或驱动开发者一个借口，方便将自己的函数添加到内核初始化列表中，在内核初始化最后阶段进行处理。