C語言 module_init函數與initcall案例詳解

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module_init這個函數對做驅動的人來說肯定很熟悉，這篇文章用來跟一下這個函數的實現。

在include/linux/init.h裡面有module_init的定義，自然，因為一個module可以在內核啟動時自動加載進內核，也可以由我們手動在需要時加載進內核，基於這種場景，內核使用瞭MODULE這個宏，見代碼：

#ifndef MODULE

#ifndef __ASSEMBLY__

...

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

#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)

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

#define module_init(x)    __initcall(x);

#else /* MODULE */

...

#define module_init(initfn)                    \
    static inline initcall_t __inittest(void)        \
    { return initfn; }                    \
    int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));...

當我們使用make menuconfig來配置內核時，將某個module配置為m時，MODULE這個宏就被定義瞭，而當配置為y時，則沒有定義，具體的實現在kernel的根Makefile(-DMODULE)裡。

現在我們先看下第一種情況，即把module配置為m的情況，即else分支的代碼。

先看下initcall_t的定義：

typedef int (*initcall_t)(void);

它是一個接收參數為void, 返回值為int類型的函數指針。這樣就明白瞭，其實前兩句話隻是做瞭一個檢測，當你傳進來的函數指針的參數和返回值與initcall_t不一致時，就會有告警。
重點在第三句，是使用alias將initfn變名為init_module，我們知道，kernel 2.4版本之前都是用init_module來加載模塊的。這樣做應該是為瞭不用修改load module的那塊代碼吧。

當我們調用insmod將module加載進內核時，會去找init_module作為入口地址，即是我們的initfn, 這樣module就被加載瞭。

取nvme.ko為例，我們可以通過objdump -t nvme.ko 查看該模塊的符號表，發現init_module和nvme_init指向同一個偏移量。如下：

現在看第二種情況，即我們選擇將模塊編進內核，讓它隨內核啟動而加載。

這種情況下module_init最終會調用__define_initcall宏，這個宏的作用就是將我們的初始化函數放在“.initcall” level “.init”中。

在這裡是.initcall6.init, 它的位置可以在Vmlinux.lds.h裡面找到：

#define INITCALLS                            \
      *(.initcall0.init)                        \
      *(.initcall0s.init)                        \
      *(.initcall1.init)                        \
      *(.initcall1s.init)                        \
      *(.initcall2.init)                        \
      *(.initcall2s.init)                        \
      *(.initcall3.init)                        \
      *(.initcall3s.init)                        \
      *(.initcall4.init)                        \
      *(.initcall4s.init)                        \
      *(.initcall5.init)                        \
      *(.initcall5s.init)                        \
    *(.initcallrootfs.init)                        \
      *(.initcall6.init)                        \
      *(.initcall6s.init)                        \
      *(.initcall7.init)                        \
      *(.initcall7s.init)

而INITCALL可以在vmlinux.lds.S裡面找到：

.init.text : AT(ADDR(.init.text) - LOAD_OFFSET) {
      __init_begin = .;
    _sinittext = .;
    *(.init.text)
    _einittext = .;
  }
  .init.data : AT(ADDR(.init.data) - LOAD_OFFSET) { *(.init.data) }
  . = ALIGN(16);
  .init.setup : AT(ADDR(.init.setup) - LOAD_OFFSET) {
      __setup_start = .;
    *(.init.setup)
      __setup_end = .;
   }
  .initcall.init : AT(ADDR(.initcall.init) - LOAD_OFFSET) {
      __initcall_start = .;
    INITCALLS
      __initcall_end = .;
  }
  .con_initcall.init : AT(ADDR(.con_initcall.init) - LOAD_OFFSET) {
      __con_initcall_start = .;
    *(.con_initcall.init)
      __con_initcall_end = .;
  }

上面貼出來的代碼是系統啟動時存放初始化數據的地方，執行完成後不再需要，會被釋放掉。根據上面的內存佈局，可以列出初始化宏和內存的對應關系：

_init_begin              -------------------

                        |  .init.text       | ---- __init

                        |-------------------|

                        |  .init.data       | ---- __initdata

_setup_start       |-------------------|

                        |  .init.setup      | ---- __setup_param

__initcall_start   |-------------------|

                        |  .initcall1.init  | ---- core_initcall

                        |-------------------|

                        |  .initcall2.init  | ---- postcore_initcall

                        |-------------------|

                        |  .initcall3.init  | ---- arch_initcall

                        |-------------------|

                        |  .initcall4.init  | ---- subsys_initcall

                        |-------------------|

                        |  .initcall5.init  | ---- fs_initcall

                        |-------------------|

                        |  .initcall6.init  | ---- device_initcall

                        |-------------------|

                        |  .initcall7.init  | ---- late_initcall

__initcall_end    |-------------------|

                        |                   |

                        |    ... ... ...    |

                        |                   |

__init_end              -------------------

而各個initcall被調用的地方在kernel_init-》do_basic_setup-》do_initcalls裡面：

static void __init do_initcalls(void)
{
    initcall_t *call;
    int count = preempt_count();

    for (call = __initcall_start; call < __initcall_end; call++) {
        ktime_t t0, t1, delta;
        char *msg = NULL;
        char msgbuf[40];
        int result;

        if (initcall_debug) {
            printk("Calling initcall 0x%p", *call);
            print_fn_descriptor_symbol(": %s()",
                    (unsigned long) *call);
            printk("\n");
            t0 = ktime_get();
        }

        result = (*call)();
...
}

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