Linux內(nèi)核中的fs_initcall函數(shù)：用于在引導過程中進行文件系統(tǒng)等初始化。

1. 初始化注冊：

   • 當文件系統(tǒng)模塊被加載時，它使用fs_initcall宏注冊其初始化函數(shù)。
   • 該宏將初始化函數(shù)添加到__initcall_fs部分。

2. 內(nèi)核引導過程：

   • 在引導過程中，在基本硬件初始化和內(nèi)存設置之后，內(nèi)核開始執(zhí)行初始化函數(shù)。

3. 執(zhí)行fs_initcall函數(shù)：

   • fs_initcall函數(shù)按照其注冊順序依次執(zhí)行。
   • 這些函數(shù)初始化各種文件系統(tǒng)并執(zhí)行必要的設置任務。

4. 文件系統(tǒng)初始化：

   • 每個fs_initcall函數(shù)負責設置和初始化特定的內(nèi)容。
   • 這可能涉及初始化數(shù)據(jù)結構、注冊文件系統(tǒng)類型、準備緩存和其他相關任務。

5. 完成和交接：

   • 一旦所有fs_initcall函數(shù)都執(zhí)行完畢，內(nèi)核會繼續(xù)完成引導過程，包括啟動用戶空間和初始化設備。

下面是一個簡單的示例代碼，展示了fs_initcall函數(shù)的使用和文件系統(tǒng)初始化的過程：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int __init my_filesystem_init(void) {
    // 執(zhí)行文件系統(tǒng)特定的初始化任務
    printk(KERN_INFO "My Filesystem: Initializing\n");
    // 其他初始化操作...

    return 0;
}

fs_initcall(my_filesystem_init);

MODULE_LICENSE("GPL");

這其中my_filesystem_init函數(shù)被注冊為fs_initcall函數(shù)。當模塊加載時，該初始化函數(shù)將被執(zhí)行，完成特定文件系統(tǒng)的初始化任務。實際的文件系統(tǒng)模塊會包含更多復雜的初始化邏輯，這個例子只是用來展示fs_initcall函數(shù)的基本用法。

fs_initcall函數(shù)調(diào)用的層次：

在Linux內(nèi)核中，fs_initcall宏實際上是通過__define_initcall來定義的。下面是__define_initcall的定義：

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

這段代碼展示了__define_initcall的定義方式。在這里，__define_initcall宏創(chuàng)建了一個靜態(tài)的initcall_t類型變量，并將其放置在特定的.initcall節(jié)(section)中。這樣，在內(nèi)核初始化時，這些函數(shù)就會按照其在源代碼中出現(xiàn)的順序被依次調(diào)用。

fs_initcall實際上是通過__define_initcall宏來實現(xiàn)的，它們共同構成了Linux內(nèi)核中初始化調(diào)用機制的一部分。

fs_initcall函數(shù)被放置的section的位置

在Linux內(nèi)核中，.initcall節(jié)(section)是通過鏈接腳本（linker script）定義的。鏈接腳本指定了可執(zhí)行文件的內(nèi)存布局，包括代碼、數(shù)據(jù)和其他段的放置位置。

對于.initcall節(jié)(section)，它通常由鏈接腳本中的一些規(guī)則來定義。這個節(jié)用于存放初始化函數(shù)的地址，以便在內(nèi)核啟動時按照順序執(zhí)行這些初始化函數(shù)。

具體的定義可能會因內(nèi)核版本和架構而異，但通常可以在內(nèi)核源代碼的arch/<architecture>/kernel/vmlinux.lds.S或類似的文件中找到相關的鏈接腳本定義。在這些文件中，我們可以看到下面的內(nèi)容：

.initcall.init : {
    INIT_CALLS
}

文件位置：\linux-xxx\arch\arm\kernel\vmlinux.lds.S

文件位置：\linux-xxx\include\asm-generic\vmlinux.lds.h

：

           __initcall_start = .;
           .initcall.init : {
                 *(.initcall1.init)
                ...
                 *(.initcall7.init)
                 }
           __initcall_end = .;

上面是INIT_CALLS對應的函數(shù)，*(.initcall##level##.init),這個函數(shù)就對應了__define_initcall宏里面的__section__(".initcall" #id ".init"),繼續(xù)查看fs_initcall，對應的level就是這個部分__define_initcall(fn, 5)的5。

上述示例中的INIT_CALLS通常會包含對.initcall節(jié)(section)的定義，規(guī)定了將哪些符號放入該節(jié)中。這些定義可能會隨著不同的內(nèi)核版本和架構而有所不同，但其基本思想是相似的：將初始化函數(shù)的地址放入特定的節(jié)(section)中，以便在啟動時按順序執(zhí)行這些函數(shù)。

__define_initcall這個宏也是可以設置多個初始化函數(shù)，并將它們放置在不同的.initcall節(jié)(section)中。

假設我們有兩個初始化函數(shù)：init_function_1和init_function_2，我們可以使用上述宏定義來將它們分別放置在不同的.initcall節(jié)(section)中。

// 定義多個初始化函數(shù)
static void __init init_function_1(void) {
    // 初始化函數(shù)1的內(nèi)容
}

static void __init init_function_2(void) {
    // 初始化函數(shù)2的內(nèi)容
}

// 使用 __define_initcall 宏定義來設置多個函數(shù)
__define_initcall(init_function_1, 1);
__define_initcall(init_function_2, 2);

在這個例子中，init_function_1被放置在.initcall1.init節(jié)(section)中，而init_function_2則被放置在.initcall2.init節(jié)(section)中。這樣，在內(nèi)核啟動時，這些函數(shù)就會按照其在源文件中出現(xiàn)的順序依次被調(diào)用。

通過使用帶有不同標識符的宏定義，可以將多個初始化函數(shù)放置在不同的.initcall節(jié)(section)中，從而實現(xiàn)按順序執(zhí)行多個初始化函數(shù)的目的。

以af_inet.c里面的fs_initcall(inet_init);fs_initcall(ipv4_offload_init);介紹放置的情況： 怎么在section放置的

在這個例子中，fs_initcall宏用于將inet_init和ipv4_offload_init函數(shù)放置在.initcall.init節(jié)(section)中。這樣，在內(nèi)核啟動時，這些函數(shù)就會按照其在源文件中出現(xiàn)的順序依次被調(diào)用。

下面是簡化版本的代碼:

// 定義要初始化的函數(shù)
static void __init inet_init(void) {
    // inet_init的初始化內(nèi)容
}

static void __init ipv4_offload_init(void) {
    // ipv4_offload_init的初始化內(nèi)容
}

// 使用 fs_initcall 宏將函數(shù)放置在 .initcall.init 節(jié)(section)中
fs_initcall(inet_init);
fs_initcall(ipv4_offload_init);

上述代碼，inet_init和ipv4_offload_init函數(shù)會被放置在.initcall.init節(jié)(section)中，以便在內(nèi)核啟動時按照其在源文件中出現(xiàn)的順序依次被調(diào)用。

通過這個例子，我們明白了如何使用fs_initcall宏將這兩個函數(shù)放置在.initcall.init節(jié)(section)中.

每個section空間排布情況是如何的？

還是上面inet_init和ipv4_offload_init函數(shù)來介紹，由于fs_initcall宏使用了__attribute__((__section__(".initcall.init")))，這將導致這些函數(shù)被放置在.initcall.init節(jié)(section)中。這樣，在鏈接時，這些函數(shù)的地址將按照其在源文件中出現(xiàn)的順序排布在該特定的節(jié)(section)內(nèi)。

這些函數(shù)位于可執(zhí)行文件的內(nèi)存中的某個位置，它們的排布情況如下所示：

|---------------------|
|     .text section   |
|---------------------|
|    ... other sections ...   |
|---------------------|
|  .initcall.init section  |
|---------------------|
|       inet_init      |
|---------------------|
|  ipv4_offload_init   |
|---------------------|
|    ... other functions ...   |
|---------------------|
|       .data section  |
|---------------------|
|      ... other sections ...    |
|---------------------|

在這個示例中，.initcall.init節(jié)(section)包含了inet_init和ipv4_offload_init函數(shù)，它們會按照它們在源代碼中出現(xiàn)的順序排布在該節(jié)(section)中。這樣，在內(nèi)核啟動時，這些函數(shù)就會按照它們在.initcall.init節(jié)(section)中的排布順序依次被調(diào)用。

這里section的大小是隨機按照大小自動分配還是需要開發(fā)者設置好

在一般情況下，.initcall.init這樣的特殊節(jié)(section)的大小是由鏈接器自動分配的，而不是由開發(fā)者手動設置的。當鏈接器處理可執(zhí)行文件時，它會根據(jù)各個節(jié)(section)中的內(nèi)容以及鏈接腳本中的規(guī)則來確定每個節(jié)(section)的大小和排布。

對于.initcall.init節(jié)(section)，其大小將取決于其中包含的初始化函數(shù)的數(shù)量和大小。鏈接器會根據(jù)這些函數(shù)的地址和大小來動態(tài)地分配空間，以便容納所有的初始化函數(shù)。

因此，開發(fā)者通常無需手動設置.initcall.init節(jié)(section)的大小。相反，鏈接器會根據(jù)實際情況自動進行分配，確保所有的初始化函數(shù)都能被正確地安置在這個特定的節(jié)(section)中，并且在內(nèi)核啟動時按照順序被調(diào)用。

如何自己設置section的大小

在一般情況下，開發(fā)者通常不需要手動設置節(jié)(section)的大小。鏈接器會根據(jù)鏈接腳本中的規(guī)則和可執(zhí)行文件中各個部分的大小自動進行分配。

如果我們有特殊需求，希望手動設置某個節(jié)(section)的大小，可以通過鏈接腳本來實現(xiàn)。在鏈接腳本中，我們可以定義節(jié)(section)的起始位置、大小以及其他屬性。

以下簡單的模板，在鏈接腳本中手動設置一個名為.my_section的節(jié)(section)的大小：

.my_section : {
    /* 定義節(jié)(section)的起始位置 */
    start = .;
    /* 設置節(jié)(section)的大小為固定值（例如0x1000）*/
    input_section(.text);
    input_section(.data);
    /* 其他內(nèi)容... */
    end = .;
} > RAM

在這個示例中，.my_section節(jié)(section)被手動設置為包含.text和.data節(jié)(section)的內(nèi)容，并且其大小被設置為固定值。當鏈接器處理可執(zhí)行文件時，它將按照這些規(guī)則來分配空間并確定這個特定節(jié)(section)的大小。

需要注意的是，手動設置節(jié)(section)的大小可能需要對鏈接腳本和鏈接過程有深入的了解，因此在大多數(shù)情況下，開發(fā)者無需手動設置節(jié)(section)的大小，而是依賴于鏈接器自動進行分配。

這個是我實際應用的一款芯片的鏈接修改：

FUN 0x400 （0x10000-0x400）
{
    ;cpu.o (+RO)
    xlib.a (+RO)
}

上面這部分我使用的鏈接腳本中一部分內(nèi)容。為FUN的節(jié)(section)中，它的起始地址為0x10000，大小為0x400。

在這個節(jié)(section)中包含了兩個文件：cpu.o 和 xlib.a，它們都被標記為只讀（Read-Only）。鏈接器會將這兩個文件的只讀部分放置在由FUN定義的地址范圍內(nèi)。

鏈接腳本用于指導鏈接器如何組織可執(zhí)行文件的各個部分，包括節(jié)(section)的排布和屬性。這個片段也是屬于鏈接腳本的一部分，這個里面鏈接器會將cpu.o和xlib.a的只讀部分放置在從0x10000開始、大小為0x400的范圍內(nèi)。

只是一個demo示例，如果進一步操作這個鏈接腳本，我們要參考特定的鏈接器文檔以及相關的目標平臺和工具鏈的文檔，以確保正確地設置節(jié)(section)的屬性和排布。芯片之間區(qū)別挺大的。

內(nèi)核執(zhí)行順序是？

介紹完了section片段，我們再來說一下，這些函數(shù)的初始化位置以及執(zhí)行順序。

上面我們介紹了vmlinux.lds.S中的INIT_CALLS就是我們定義好的那些函數(shù)，那他們怎么被調(diào)用的呢 在Linux內(nèi)核啟動過程中，INIT_CALLS（包括subsys_initcall，fs_initcall，device_initcall等）會在不同的階段被執(zhí)行。這些初始化調(diào)用是通過鏈接器腳本和特定的內(nèi)核宏來安排的。

具體來說，INIT_CALLS的執(zhí)行時機如下：

1. 在內(nèi)核啟動的早期階段，start_kernel函數(shù)會調(diào)用rest_init。
2. 在rest_init中，會觸發(fā)do_basic_setup函數(shù)的執(zhí)行，其中包括對文件系統(tǒng)的基本設置。
3. 在do_basic_setup函數(shù)中，會調(diào)用do_initcalls函數(shù)。
4. 在do_initcalls函數(shù)中，各種初始化函數(shù)會按照鏈接器腳本中的順序被執(zhí)行。
5. fs_initcall函數(shù)是其中之一。

看到了執(zhí)行過程，其中是按照各個level進行調(diào)用的，而__define_initcall(level,fn)的作用就是指示編譯器把一些初始化函數(shù)的指針(即:函數(shù)起始地址)按照順序放置一個名為 .initcall.init 的section中，這個section又被分成了n個子section，它們按順序排列。在內(nèi)核初始化階段，這些放置到這個section中的函數(shù)指針將供do_initcalls() 按順序依次調(diào)用，來完成相應初始化。

而函數(shù)指針放置到的子section由宏定義的level確定，對應level較小的子section位于較前面。而位于同一個子section內(nèi)的函數(shù)指針順序不定，將由編譯器按照編譯的順序隨機指定。同理，如果我們想先執(zhí)行一些定義的函數(shù)，那就可以把它們放置于level比較小的定義中。

結語

這就是我自己對于linux內(nèi)核initcall放置在各個section中函數(shù)執(zhí)行流程的一些分享。如果大家有更好的想法，也歡迎大家加我好友交流。

作者：良知猶存，白天努力工作，晚上原創(chuàng)公號號主。公眾號內(nèi)容除了技術還有些人生感悟，一個認真輸出內(nèi)容的職場老司機，也是一個技術之外豐富生活的人，攝影、音樂 and 籃球。關注我，與我一起同行。

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