Linux内核(12) - 子系统的初始化之那些入口函数

内核选项的解析完成之后，各个子系统的初始化即进入第二部分—入口函数的调用。通常USB、PCI这样的子系统都会有一个名为subsys_initcall的入口，如果你选择它们作为研究内核的切入点，那么就请首先找到它。

朱德庸在《关于上班这件事》里说，要花前半生找入口，花后半生找出口。可见寻找入口对于咱们这一生，对于看内核代码这件事儿都是无比重要的。

但是很多时候，入口并不仅仅只有subsys_initcall一个，比如PCI。

117 #define pure_initcall(fn)               __define_initcall("0",fn,1)
118
119 #define core_initcall(fn)               __define_initcall("1",fn,1)
120 #define core_initcall_sync(fn)          __define_initcall("1s",fn,1s)
121 #define postcore_initcall(fn)           __define_initcall("2",fn,2)
122 #define postcore_initcall_sync(fn)      __define_initcall("2s",fn,2s)
123 #define arch_initcall(fn)               __define_initcall("3",fn,3)
124 #define arch_initcall_sync(fn)          __define_initcall("3s",fn,3s)
125 #define subsys_initcall(fn)             __define_initcall("4",fn,4)
126 #define subsys_initcall_sync(fn)        __define_initcall("4s",fn,4s)
127 #define fs_initcall(fn)                 __define_initcall("5",fn,5)
128 #define fs_initcall_sync(fn)            __define_initcall("5s",fn,5s)
129 #define rootfs_initcall(fn)     __define_initcall("rootfs",fn,rootfs)
130 #define device_initcall(fn)             __define_initcall("6",fn,6)
131 #define device_initcall_sync(fn)        __define_initcall("6s",fn,6s)
132 #define late_initcall(fn)               __define_initcall("7",fn,7)
133 #define late_initcall_sync(fn)          __define_initcall("7s",fn,7s)
134
135 #define __initcall(fn) device_initcall(fn)

这些入口有个共同的特征，它们都是使用__define_initcall宏定义的。它们的调用也不是随便的，而是按照一定顺序的，这个顺序就取决于__define_initcall宏。__define_initcall宏用来将指定的函数指针放到.initcall.init节里。

.initcall.init节

内核可执行文件由许多链接在一起的对象文件组成。对象文件有许多节，如文本、数据、init数据、bass等等。这些对象文件都是由一个称为链接器脚本的文件链接并装入的。这个链接器脚本的功能是将输入对象文件的各节映射到输出文件中；换句话说，它将所有输入对象文件都链接到单一的可执行文件中，将该可执行文件的各节装入到指定地址处。

vmlinux.lds是存在于arch/<target>/目录中的内核链接器脚本，它负责链接内核的各个节并将它们装入内存中特定偏移量处。在vmlinux.lds文件里查找initcall.init就可以看到下面的内容

__inicall_start = .;
.initcall.init : AT(ADDR(.initcall.init) – 0xC0000000) {
*(.initcall1.init)
*(.initcall2.init)
*(.initcall3.init)
*(.initcall4.init)
*(.initcall5.init)
*(.initcall6.init)
*(.initcall7.init)
}
__initcall_end = .;

这就告诉我们.initcall.init节又分成了7个子节，而xxx_initcall入口函数指针具体放在哪一个子节里边儿是由xxx_initcall的定义中，__define_initcall宏的参数决定的，比如core_initcall将函数指针放在.initcall1.init子节，device_initcall将函数指针放在了.initcall6.init子节等等。各个子节的顺序是确定的，即先调用.initcall1.init中的函数指针再调用.initcall2.init中的函数指针，等等。不同的入口函数被放在不同的子节中，因此也就决定了它们的调用顺序。

do_initcalls()函数

那些入口函数的调用由do_initcalls函数来完成。

do_initcall函数通过for循环，由__initcall_start开始，直到__initcall_end结束，依次调用识别到的初始化函数。而位于__initcall_start和__initcall_end之间的区域组成了.initcall.init节，其中保存了由xxx_initcall形式的宏标记的函数地址，do_initcall函数可以很轻松的取得函数地址并执行其指向的函数。

.initcall.init节所保存的函数地址有一定的优先级，越前面的函数优先级越高，也会比位于后面的函数先被调用。

由do_initcalls函数调用的函数不应该改变其优先级状态和禁止中断。因此，每个函数执行后，do_initcalls会检查该函数是否做了任何变化，如果有必要，它会校正优先级和中断状态。

另外，这些被执行的函数有可以完成一些需要异步执行的任务，flush_scheduled_work函数则用于确保do_initcalls函数在返回前等待这些异步任务结束。

666 static void __init do_initcalls(void)
667 {
668   initcall_t *call;
669   int count = preempt_count();
670
671   for (call = __initcall_start; call < __initcall_end; call++) {
672    ktime_t t0, t1, delta;
673    char *msg = NULL;
674    char msgbuf[40];
675    int result;
676
677    if (initcall_debug) {
678     printk("Calling initcall 0x%p", *call);
679     print_fn_descriptor_symbol(": %s()",
680       (unsigned long) *call);
681     printk("/n");
682     t0 = ktime_get();
683    }
684
685    result = (*call)();
686
687    if (initcall_debug) {
688     t1 = ktime_get();
689     delta = ktime_sub(t1, t0);
690
691     printk("initcall 0x%p", *call);
692     print_fn_descriptor_symbol(": %s()",
693       (unsigned long) *call);
694     printk(" returned %d./n", result);
695
696     printk("initcall 0x%p ran for %Ld msecs: ",
697      *call, (unsigned long long)delta.tv64 >> 20);
698     print_fn_descriptor_symbol("%s()/n",
699      (unsigned long) *call);
700    }
701
702    if (result && result != -ENODEV && initcall_debug) {
703     sprintf(msgbuf, "error code %d", result);
704     msg = msgbuf;
705    }
706    if (preempt_count() != count) {
707     msg = "preemption imbalance";
708     preempt_count() = count;
709    }
710    if (irqs_disabled()) {
711     msg = "disabled interrupts";
712     local_irq_enable();
713    }
714    if (msg) {
715     printk(KERN_WARNING "initcall at 0x%p", *call);
716     print_fn_descriptor_symbol(": %s()",
717       (unsigned long) *call);
718     printk(": returned with %s/n", msg);
719    }
720   }
721
722   /* Make sure there is no pending stuff from the initcall sequence */
723   flush_scheduled_work();
724 }