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https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwMDUwNDgxOA==&mid=2652663356&idx=1&sn=779762953029c0e0946c22ef2bb0b754&chksm=810f28a1b678a1b747520ba3ee47c9ed2e8ccb89ac27075e2d069237c13974aa43537bff4fba&mpshare=1&scene=1&srcid=0111Ys4k5rkBto22dLokVT5A&pass_ticket=bGNWMdGEbb0307Tm%2Ba%2FzAKZjWKsImCYqUlDUYPZYkLgU061qPsHFESXlJj%2Fyx3VM#rd

問題匯入

傳統的應用編寫時，每新增一個模組，都需要在main中新增新模組的初始化

使用__attribute__((section()))構建初始化函式表後，由模組告知main：“我要初始化“，新增新模組再也不需要在main程式碼中顯式呼叫模組初始化介面。

以此實現main與模組之間的隔離，main不再關心有什麼模組，模組的刪減也不需要修改main。

那麼，如何實現這個功能呢？如何實現DECLARE_INIT呢？聯想到核心驅動，所有核心驅動的初始化函式表在哪裡？為什麼新增一個核心驅動不需要修改初始化函式表？

下文會從 構建初始化函式表的原理分析、分析核心module_init實現、演練練習 的3個角度給小夥伴分享。

構建初始化函式表的原理分析

__attribute__((section(”name“)))是gcc編譯器支援的一個編譯特性（arm編譯器也支援此特性），實現在編譯時把某個函式/資料放到name的資料段中。因此實現原理就很簡單了：

 

1.       模組通過__attribute__((section("name")))的實現，在編譯時把初始化的介面放到name資料段中

2.       main在執行初始化時並不需要知道有什麼模組需要初始化，只需要把name資料段中的所有初始化介面執行一遍即可

 

首先： gcc -c  test.c -o test.o

此時編譯過程中處理了__atribute__((section(XXX)))，把標記的變數/函式放到了test.o的XXX的資料段，可用 readelf命令查詢。

最後：ld -T <ldscript> test.o -otest.bin

連結時，test.o的XXX資料段（輸入段），最終儲存在test.bin的XXX資料段（輸出段），如此在bin中構建了初始化函式表。

由於自定義了一個數據段，而預設連結指令碼缺少自定義的資料段的宣告，因此並不能使用預設的連結指令碼。

ld連結命令有兩個關鍵的選項：

ld -T <script>：指定連結時的連結指令碼

ld --verbose：打印出預設的連結指令碼

在我們下文的演練中，我們首先通過”ld --verbose”獲取預設連結指令碼，然後修改連結指令碼，新增自定義的段，最後在連結應用時通過“-T<script>” 指定我們修改後的連結指令碼。

下文，我們首先分析核心module_init的實現，最後進行應用程式的演練練習。

分析核心module_init實現

核心驅動的初始化函式表在哪裡？為什麼新增一個核心驅動不需要修改初始化函式表？為什麼所有驅動都需要module_init？
1.      module_init的定義

module_init定義在<include/linux/init.h>。程式碼如下：

程式碼中使用的“_section_”，是一層層的巨集，為了簡化，把其等效理解為“section”。

分析上述程式碼，我們發現module_init由__attribute__((section(“name”)))實現，把初始化函式地址儲存到名為".initcall6.init" 的資料段中。
2.      連結核心使用自定義的連結指令碼

我們看到核心目錄最上層的Makefile，存在如下程式碼：

# Rule to link vmlinux - also used during CONFIG_KALLSYMS

# May be overridden by arch/$(ARCH)/Makefile

quiet_cmd_vmlinux__ ?= LD      
 
[email protected]  

cmd_vmlinux__ ?= $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) -o [email protected] \

      -T $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init)                          \

      --start-group $(vmlinux-main) --end-group                  \

      $(filter-out $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o FORCE ,$^)

本文的關注點在於：-T $(vmlinux-lds)，通過“ld -T <script>”使用了定製的連結指令碼。定製的連結指令碼在哪裡呢？在Makefile存在如下程式碼：

 

vmlinux-lds  := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

我們以”ARCH=arm“ 為例，檢視連結指令碼：arch/arm/kernel/vmlinux.lds：

 

 

在上述程式碼中，我們聚焦於兩個地方：

__initcall6_start = .; ： 由__initcall6_start指向當前地址

 *(.initcall6.init) ： 所有.o檔案的.initcall6.init資料段放到當前位置

如此，“__initcall6_start”指向“.initcall6.init”資料段的開始地址，在應用程式碼中就可通過“__initcall6_start”訪問資料段“.initcall6.init”。

是不是如此呢？我們再聚焦到檔案<init/main.c>中。

 

“.initcall.init”資料段的使用

在<init/main.c>中，有如下程式碼：

 

static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {

      __initcall0_start,

      __initcall1_start,

      __initcall2_start,

      __initcall3_start,

      __initcall4_start,

      __initcall5_start,

      __initcall6_start,

      __initcall7_start,

      __initcall_end,

};

......

int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn)

{

        ......

    if (initcall_debug)

        ret = do_one_initcall_debug(fn);

    else

        ret = fn();

        ......

}

......

static void __init do_initcall_level(int level)

{

    ......

    for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)

        do_one_initcall(*fn);

}

按0-7的初始化級別，依次呼叫各個級別的初始化函式表，而驅動module_init的初始化級別為6。在“for (fn = initcall_levels[level]; fn <initcall_levels[level+1]; fn++)”的for迴圈呼叫中，實現了遍歷當前初始化級別的所有初始化函式。

 

module_init的實現總結

通過上述的程式碼追蹤，我們發現module_init的實現有以下關鍵步驟：

    通過module_init的巨集，在編譯時，把初始化函式放到了資料段：.initcall6.init

    在連結成核心的時候，連結指令碼規定好了.initcall6.init的資料段以及指向資料段地址的變數：_initcall6_start

    在init/main.c中的for迴圈，通過_initcall6_start的指標，呼叫了所有註冊的驅動模組的初始化介面

    最後通過Kconfig/Makefile選擇編譯的驅動，實現只要編譯了驅動程式碼，則自動把驅動的初始化函式構建到統一的驅動初始化函式表

 

演練練習

分析了核心使用__attribute__((section(“name”)))構建的驅動初始化函式表，我們接下來練習如何在應用中構建自己的初始化函式表。

下文的練習參考了：https://my.oschina.net/u/180497/blog/177206
1.      應用程式碼

我們的練習程式碼（section.c）如下：

#include <unistd.h>

#include <stdint.h>

#include <stdio.h>

 

typedef void (*init_call)(void);

 

/*

 * These two variables are defined in link script.

 */

extern init_call _init_start;

extern init_call _init_end;

 

#define _init __attribute__((unused, section(".myinit")))

#define DECLARE_INIT(func) init_call _fn_##func _init = func

 

static void A_init(void)

{

    write(1, "A_init\n", sizeof("A_init\n"));

}

DECLARE_INIT(A_init);

 

static void B_init(void)

{

    printf("B_init\n");

}

DECLARE_INIT(B_init);

 

static void C_init(void)

{

    printf("C_init\n");

}

DECLARE_INIT(C_init);

/*

 * DECLARE_INIT like below:

 *  static init_call _fn_A_init __attribute__((unused, section(".myinit"))) = A_init;

 *  static init_call _fn_C_init __attribute__((unused, section(".myinit"))) = C_init;

 *  static init_call _fn_B_init __attribute__((unused, section(".myinit"))) = B_init;

 */

 

void do_initcalls(void)

{

    init_call *init_ptr = &_init_start;

    for (; init_ptr < &_init_end; init_ptr++) {

        printf("init address: %p\n", init_ptr);

        (*init_ptr)();

    }

}

 

int main(void)

{

    do_initcalls();

    return 0;

}

在程式碼中，我們做了3件事：

    使用__attribute__((section()))定義了巨集：DECLARE_INIT，此巨集把函式放置到初始化函式表

    使用DELCARE_INIT的巨集，聲明瞭3個模組初始化函式：A_init/B_init/C_init

    在main中通過呼叫do_initcalls函式，依次呼叫編譯時構建的初始化函式。其中，“_init_start”和“_init_end”的變數在連結指令碼中定義。

2.      連結指令碼

通過命令”ld --verbose”獲取預設連結指令碼：

 

GNU ld (GNU Binutils for Ubuntu) 2.24

  支援的模擬：

   elf_x86_64

   ......

使用內部連結指令碼：

==================================================

XXXXXXXX （預設連結指令碼）

 

==================================================

 

我們擷取分割線”=====“之間的連結指令碼儲存為：ldscript.lds

在.bss的資料段前添加了自定義的資料段：

 

_init_start = .;

.myinit : { *(.myinit) }

_init_end = .;

”_init_start“和”_init_end“是我們用於識別資料段開始和結束的在連結指令碼中定義的變數，而.myinit則是資料段的名稱，其中：

 

.myinit : { *(.myinit) }：表示.o中的.myinit資料段（輸入段）儲存到bin中的.myinit資料段（輸出段）中

前期準備充足，下面進行編譯、連結、執行的演示

3.      編譯

執行：gcc -c section.c -o section.o 編譯應用原始碼。

執行：readelf -S section.o 檢視段資訊，截圖如下：

可以看到，段[6]是我們自定義的資料段

4.      連結

執行：gcc -T ldscript.lds section.o -o section 連結成可執行的bin檔案

執行：readelf -S section 檢視bin檔案的段分佈情況，部分截圖如下：

在我連結成的可執行bin中，在[25]段中存在我們自定義的段

5.      執行

執行結果：

本文後面跟著的一篇文章是關於這篇文章對應的高清思維導圖。