立你斯學習記錄

Linux Kernel程式碼分段解析

1. gcc的__attribute__編繹屬性

要了解Linux Kernel程式碼的分段資訊，需要了解一下gcc的__attribute__的編繹屬性，__attribute__主要用于改變所聲明或定義的函數或資料的特徴，它有很多子項，用于改變作用物件的特徴。比如對函數，noline將禁止進行內聯延伸、noreturn表示沒有傳回值、pure表明函數除傳回值外，不會通過其他（如全域變數、指標）對函數外部產生任何影響。但這裡我們比對感興趣的是對程式碼段起作用子項section。

__attribute__的section子項的使用格式為：

__attribute__((section("section_name")))

其作用是將作用的函數或資料擺入指定名為"section_name"匯入段。

這裡還要注意一下兩個概念：匯入段和匯出段

匯入段和匯出段是相對于要生成最終的elf或binary時的Link過程說的，Link過程的匯入大都是由原始碼編繹生成的目標檔案.o，那么這些.o檔案中包含的段相對link過程來說就是匯入段，而Link的匯出一般是可執行檔案elf或程式庫等，這些匯出檔案中也包含有段，這些匯出檔案中的段就叫做匯出段。匯入段和匯出段本來沒有什么必然的聯繫，是互相獨立，只是在Link過程中，Link程式會根據一定的規則（這些規則其實來源于Link Script），將不同的匯入段重新組合到不同的匯出段中，即使是段的名字，匯入段和匯出段可以完全不同。

其用法舉例如下：

int var __attribute__((section(".xdata"))) = 0;

這樣定義的變數var將被擺入名為.xdata的匯入段，（注意：__attribute__這種用法中的括弧好像很嚴格，這裡的几個括弧好象一個也無法少。）

static int __attribute__((section(".xinit"))) functionA(void)

{

.....

}

這個例子將使函數functionA被擺入名叫.xinit的匯入段。

需要着重注意的是，__attribute__的section屬性只指定物件的匯入段，它并無法影響所指定物件最終會放在可執行檔案的什么段。

2. Linux Kernel原始碼中與段有關的重要巨集定義

Ａ. 關于__init、__initdata、__exit、__exitdata及類似的巨集

開啟Linux Kernel原始碼樹中的檔案：include/init.h，可以看到有下面的巨集定議：

#define __init __attribute__ ((__section__ (".init.text"))) __cold

#define __initdata __attribute__ (( __section__ (".init.data")))

#define __exitdata __attribute__ (( __section__ (".exit.data")))

#define __exit_call __attribute_used__ __attribute__ (( __section__ (".exitcall.exit")))

#define __init_refok oninline __attribute__ ((__section__ (".text.init.refok")))

#define __initdata_refok __attribute__ ((__section__ (".data.init.refok")))

#define __exit_refok noinline __attribute__ ((__section__ (".exit.text.refok")))

.........

#ifdef MODULE

#define __exit __attribute__ (( __section__ (".exit.text"))) __cold

#else

#define __exit __attribute_used__ __attribute__ ((__section__ (".exit.text"))) __cold

#endif

對于經常寫驅動模組或翻閱Kernel原始碼的人，看到熟悉的巨集了吧：__init, __initdata, __exit, __exitdata。

__init 巨集最常用的地方是驅動模組起始化函數的定義處，其目的是將驅動模組的起始化函數擺入名叫.init.text的匯入段。對于__initdata來說，用于資料定義，目的是將資料擺入名叫.init.data的匯入段。其他几個巨集也類似。另外需要注意的是，在以上定意中，用__section__代替了section。還有其他一些類似的巨集定義，這裡不一一列出，其作用都是類似的。

Ｂ. 關于initcall的一些巨集定義

在該檔案中，下面這條巨集定議更為重要，它是一條可延伸的巨集：

#define __define_initcall(level,fn,id) \

static initcall_t __initcall_##fn##id __attribute_used__ \

__attribute__ ((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

這條巨集帶有3個參數：level,fn, id，解析該巨集可以看出：

　１.其用來定義類別為initcall_t的static函數指標，函數指標的名稱由參數fn和id決定：__initcall_##fn##id，這就是函數指標的名稱，它其實是一個變數名稱。從該名稱的定義方法我們其學到了巨集定義的一種進階用法，即利用巨集的參數產生名稱，這要借助于"##"這一象徵式組合的作用。

　２. 這一函數指標變數擺入什么匯入段呢，請看__attribute__ ((__section__ (".initcall" levle ".init")))，匯入段的名稱由level決定，如果level="1"，則匯入段是.initcall1.init，如果level="3s"，則匯入段是.initcall3s.init。這一函數指標變數就是放在用這種方法決定的匯入段中的。

　３. 這一定義的函數指標變數的初始值是什么叫，其實就是巨集參數fn，實際使用中，fn其實就是真實定義好的函數。

該巨集定義并不直接使用，請看接下來的這些巨集定義：

#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)

這些巨集定義出來是為了方便的使用__define_initcall巨集定義的，上面每條巨集第一次使用時都會產生一個新的匯入段。

接下來還有一條

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

這一條其實只是定義了另一個代號，即平常使用的__initcall其實就是這兒的device_initcall，用它定義的函數指定位于段.initcall6.init中。

Ｃ. __setup巨集的來源及使用

__setup這條巨集在Linux Kernel中使用最多的地方就是定義處理Kernel啟動參數的函數及資料架構，請看下面的巨集定義：

#define __setup_param(str, unique_id, fn, early) \

static char __setup_str_##unique_id[] __initdata __aligned(1) = str; \

static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id \

__used __section(.init.setup) \

__attribute__((aligned((sizeof(long))))) \

= { __setup_str_##unique_id, fn, early }

#define __setup(str, fn) \

__setup_param(str, fn, fn, 0)

使用Kernel中的例子解析一下這兩條定義：

__setup("root=",root_dev_setup);

這條敘述出現在init/do_mounts.c中，其作用是處理Kernel啟動時的像root=/dev/mtdblock3之類的參數的。

分解一下這條敘述，首先變為：

__setup_param("root=",root_dev_setup,root_dev_setup,0);

繼續分解，將得到下面這段代嗎：

static char __setup_str_root_dev_setup_id[] __initdata __aligned(1) = "root=";

static struct obs_kernel_param __setup_root_dev_setup_id

__used __section(.init.setup)

__attribute__((aligned((sizeof(long)))))

= { __setup_str_root_dev_setup_id, root_dev_setup, 0 };

這段程式碼定義了兩個變數：字元陣列變數__setup_str_root_dev_setup_id，其起始化內容為"root="，由于該變數用__initdata修飾，它將被擺入.init.data匯入段；另一變數是架構變數__setup_root_dev_setup_id，其類別為struct obs_kernel_param， 該變理被擺入匯入段.init.setup中。架構struct struct obs_kernel_param也在該檔案中定義如下：

struct obs_kernel_param {

const char *str;

int (*setup_func)(char *);

int early;

};

變數__setup_root_dev_setup_id的三個成員分別被起始化為：

__setup_str_root_dev_setup_id －－> 前面定義的字元陣列變數，初始內容為"root="。

root_dev_setup －－> 通過巨集傳過來的處理函數。

0 －－>常數0，該成員的作用以后解析。

現在不難想像核心啟動時怎么處理啟動參數的了：通過__setup巨集定義obs_kernel_param架構變數都被擺入.init.setup段中，這樣一來實際是使.init.setup段變成一張表，Kernel在處理每一個啟動參數時，都會來尋找這張表，與每一個資料項中的成員str進行比對，如果完全相同，就會呼叫該資料項的函數指標成員setup_func所指向的函數（該函數是在使用__setup巨集定義該變數時傳入的函數參數），并將啟動參數如root=后面的內容傳給該處理函數。

static int __init ads7846_setup(char *options)
{
 char *this_opt = NULL;

 if (!options || !*options)
  return 1;

 while ((this_opt = strsep(&options, ",")) != NULL) {
  if (!*this_opt)
   continue;
  else if (!strncmp(this_opt, "x_min:", 6))
   x_min = simple_strtoul(this_opt + 6, NULL, 10);
  else if (!strncmp(this_opt, "x_max:", 6))
   x_max = simple_strtoul(this_opt + 6, NULL, 10);
  else if (!strncmp(this_opt, "y_min:", 6))
   y_min = simple_strtoul(this_opt + 6, NULL, 10);
  else if (!strncmp(this_opt, "y_max:", 6))
   y_max = simple_strtoul(this_opt + 6, NULL, 10);
 }

 return 1;
}
/* Usage: kernel commandline add " calibration=x_min:12,x_max:1111,y_min:12,y_max:1234" */
__setup("calibration=", ads7846_setup);