系統初始化函數集(subsys_initcall)和初始化段應用
前言：前段時間做一個項目需要設計一個動態庫，並希望在加載庫的同時自動執行一些初始化動作，於是聯想到了linux內核衆子系統的初始化，於是研究之，並在過這程中發現了初始化段的存在，利用初始化段實現了該功能。工作一年，筆記積累多了，慢慢變得雜亂無章，於是開博，一方面整理筆記，梳理知識，另一方面和大家交流，共同進步。
keyword：subsys_initcall,init, init_call
1系統初始化調用函數集分析(靜態)
1.1函數定義
在linux內核代碼裏，運用了subsys_initcall來進行各種子系統的初始化，具體怎麼初始化的呢？其實並不複雜。以2.6.29內核作爲例子。在<include/linux/init.h>下就能找到subsys_initcall的定義：
#definepure_initcall(fn) __define_initcall("0",fn,0)
#definecore_initcall(fn) __define_initcall("1",fn,1)
#definecore_initcall_sync(fn) __define_initcall("1s",fn,1s)
#definepostcore_initcall(fn) __define_initcall("2",fn,2)
#definepostcore_initcall_sync(fn) __define_initcall("2s",fn,2s)
#definearch_initcall(fn) __define_initcall("3",fn,3)
#definearch_initcall_sync(fn) __define_initcall("3s",fn,3s)
#definesubsys_initcall(fn) __define_initcall("4",fn,4)
#definesubsys_initcall_sync(fn) __define_initcall("4s",fn,4s)
#definefs_initcall(fn) __define_initcall("5",fn,5)
#definefs_initcall_sync(fn) __define_initcall("5s",fn,5s)
#definerootfs_initcall(fn) __define_initcall("rootfs",fn,rootfs)
#definedevice_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)
#definedevice_initcall_sync(fn) __define_initcall("6s",fn,6s)
#definelate_initcall(fn) __define_initcall("7",fn,7)
#definelate_initcall_sync(fn) __define_initcall("7s",fn,7s)
而__define_initcall又被定義爲
#define__define_initcall(level,fn,id) \
staticinitcall_t __initcall_##fn##id __used \
__attribute__((__section__(".initcall"level ".init"))) = fn
所以 subsys_initcall(fn)== __initcall_fn4 它將被鏈接器放於section .initcall4.init 中。（attribute將會在另一篇文章中介紹）
1.2初始化函數集的調用過程執行過程：
start_kernel->rest_init
系統在啓動後在rest_init中會創建init內核線程
init->do_basic_setup->do_initcalls
do_initcalls中會把.initcall.init.中的函數依次執行一遍:
for(call = __initcall_start; call < __initcall_end; call++) {
. .....
result= (*call)();
. ........
}
這個__initcall_start是在文件<arch/xxx/kernel/vmlinux.lds.S>定義的:
.initcall.init: AT(ADDR(.initcall.init) - LOAD_OFFSET) {
__initcall_start= .;
INITCALLS
__initcall_end= .;
}
INITCALLS被定義於<asm-generic/vmlinux.lds.h>:
#defineINITCALLS \
*(.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)
2基於模塊方式的初始化函數(動態)2.1函數定義subsys_initcall的靜態調用方式應該講清楚來龍去脈了,現在看看動態方式的初始化函數調用(模塊方式)。在<include/linux/init.h>裏，如果MODULE宏被定義，說明該函數將被編譯進模塊裏，在系統啓動後以模塊方式被調用。
#definecore_initcall(fn) module_init(fn)
#definepostcore_initcall(fn) module_init(fn)
#definearch_initcall(fn) module_init(fn)
#definesubsys_initcall(fn) module_init(fn)
#definefs_initcall(fn) module_init(fn)
#definedevice_initcall(fn) module_init(fn)
#definelate_initcall(fn) module_init(fn)
這是在定義MODULE的情況下對subsys_initcall的定義,就是說對於驅動模塊,使用subsys_initcall等價於使用module_init
2.2module_init 分析下面先看看module_init宏究竟做了什麼
#definemodule_init(initfn) \
staticinline initcall_t __inittest(void) \/*定義此函數用來檢測傳入函數的類型,並在編譯時提供警告信息*/
{return initfn; } \
intinit_module(void) __attribute__((alias(#initfn))); /*聲明init_modlue爲initfn的別名,insmod只查找名字爲init_module函數並調用*/
typedefint (*initcall_t)(void); /*函數類型定義*/
在以模塊方式編譯一個模塊的時候，會自動生成一個xxx.mod.c文件，在該文件裏面定義一個structmodule變量，並把init函數設置爲上面的init_module()而上面的這個init_module，被alias成模塊的初始化函數(參考<gcc關鍵字:__attribute__,alias, visibility, hidden>)。
也就是說，模塊裝載的時候(insmod，modprobe)，sys_init_module()系統調用會調用module_init指定的函數（對於編譯成>模塊的情況）。
2.3module的自動加載內核在啓動時已經檢測到了系統的硬件設備，並把硬件設備信息通過sysfs內核虛擬文件系統導出。sysfs文件系統由系統初始化腳本掛載到/sys上。udev掃描sysfs文件系統，根據硬件設備信息生成熱插拔（hotplug）事件，udev再讀取這些事件，生成對應的硬件設備文件。由於沒有實際的硬件插拔動作，所以這一過程被稱爲coldplug。
udev完成coldplug操作，需要下面三個程序：
udevtrigger——掃描sysfs文件系統，生成相應的硬件設備hotplug事件。
udevd——作爲deamon，記錄hotplug事件，然後排隊後再發送給udev，避免事件衝突（raceconditions）。
udevsettle——查看udev事件隊列，等隊列內事件全部處理完畢才退出。
要規定事件怎樣處理就要編寫規則文件了.規則文件是udev的靈魂，沒有規則文件，udev無法自動加載硬件設備的驅動模塊。它一般位於<etc/udev/rules.d>
3初始化段的應用這裏給出一個簡單的初始化段的使用例子，將a.c編譯成一個動態庫，其中，函數a（）和函數c（）放在兩個不同的初始化段裏，函數b（）默認放置；編譯main.c，鏈接到由a.c編譯成的動態庫，觀察各函數的執行順序。
#cat a.c #include <stdio.h>
typedefint (*fn) (void);
inta(void)
{
printf("a\n");
return0;
}
__attribute__((__section__(".init_array.2")))static fn init_a = a;
intc(void)
{
printf("c\n");
return0;
}
__attribute__((__section__(".init_array.1")))static fn init_c = c;
intb()
{
printf("b\n");
return0;
}
#cat main.c
#include<stdio.h>
intb();
intmain()
{
printf("main\n");
b();
}
#cat mk.sh
gcc-fPIC -g -c a.c
gcc-shared -g -o liba.so a.o
cpliba.so /lib/ -fr
gccmain.c liba.so
ldconfig
./a.out
#gcc -fPIC -g -c a.c
#gcc -shared -g -o liba.so a.o
#cp liba.so /lib/
#gcc main.c liba.so
#ldconfig
#./a.out
a
c
main
b