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本文詳細講解了利用__attribute__((section()))構建初始化函數表，以及Linux內核各級初始化的原理。
作者簡介：
廖威雄，2016年本科畢業於暨南大學，目前就職於珠海全志科技股份有限公司從事linux嵌入式系統(Tina Linux)的開發，主要負責文件系統和存儲的開發和維護，兼顧linux測試系統的設計和持續集成的維護。
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問題導入
傳統的應用編寫時，每添加一個模塊，都需要在main中添加新模塊的初始化
使用__attribute__((section()))構建初始化函數表后，由模塊告知main：“我要初始化“，添加新模塊再也不需要在main代碼中顯式調用模塊初始化接口。
以此實現main與模塊之間的隔離，main不再關心有什么模塊，模塊的刪減也不需要修改main。
那么，如何實現這個功能呢？如何實現DECLARE_INIT呢？聯想到內核驅動，所有內核驅動的初始化函數表在哪里？為什么添加一個內核驅動不需要修改初始化函數表？
下文會從 構建初始化函數表的原理分析、分析內核module_init實現、演練練習 的3個角度給小伙伴分享。
構建初始化函數表的原理分析 __attribute__((section(”name“)))是gcc編譯器支持的一個編譯特性（arm編譯器也支持此特性），實現在編譯時把某個函數/數據放到name的數據段中。因此實現原理就很簡單了： 1. 模塊通過__attribute__((section("name")))的實現，在編譯時把初始化的接口放到name數據段中 2. main在執行初始化時並不需要知道有什么模塊需要初始化，只需要把name數據段中的所有初始化接口執行一遍即可 首先： gcc -c test.c -o test.o 此時編譯過程中處理了__atribute__((section(XXX)))，把標記的變量/函數放到了test.o的XXX的數據段，可用 readelf命令查詢。 最后：ld -T <ldscript> test.o -otest.bin 鏈接時，test.o的XXX數據段（輸入段），最終保存在test.bin的XXX數據段（輸出段），如此在bin中構建了初始化函數表。 由於自定義了一個數據段，而默認鏈接腳本缺少自定義的數據段的聲明，因此並不能使用默認的鏈接腳本。 ld鏈接命令有兩個關鍵的選項： ld -T <script>：指定鏈接時的鏈接腳本 ld --verbose：打印出默認的鏈接腳本 在我們下文的演練中，我們首先通過”ld --verbose”獲取默認鏈接腳本，然后修改鏈接腳本，添加自定義的段，最后在鏈接應用時通過“-T<script>” 指定我們修改后的鏈接腳本。 下文，我們首先分析內核module_init的實現，最后進行應用程序的演練練習。 分析內核module_init實現 內核驅動的初始化函數表在哪里？為什么添加一個內核驅動不需要修改初始化函數表？為什么所有驅動都需要module_init？ 1. module_init的定義 module_init定義在<include/linux/init.h>。代碼如下： 代碼中使用的“_section_”，是一層層的宏，為了簡化，把其等效理解為“section”。 分析上述代碼，我們發現module_init由__attribute__((section(“name”)))實現，把初始化函數地址保存到名為".initcall6.init" 的數據段中。 2. 鏈接內核使用自定義的鏈接腳本 我們看到內核目錄最上層的Makefile，存在如下代碼： # Rule to link vmlinux - also used during CONFIG_KALLSYMS # May be overridden by arch/$(ARCH)/Makefile quiet_cmd_vmlinux__ ?= LD $@ cmd_vmlinux__ ?= $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) -o $@ \ -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 $(vmlinux-lds)，通過“ld -T <script>”使用了定制的鏈接腳本。定制的鏈接腳本在哪里呢？在Makefile存在如下代碼： vmlinux-lds := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds 我們以”ARCH=arm“ 為例，查看鏈接腳本：arch/arm/kernel/vmlinux.lds： 在上述代碼中，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文件的.initcall6.init數據段放到當前位置 如此，“__initcall6_start”指向“.initcall6.init”數據段的開始地址，在應用代碼中就可通過“__initcall6_start”訪問數據段“.initcall6.init”。 是不是如此呢？我們再聚焦到文件<init/main.c>中。 “.initcall.init”數據段的使用 在<init/main.c>中，有如下代碼： 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，依次調用各個級別的初始化函數表，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循環調用中，實現了遍歷當前初始化級別的所有初始化函數。 module_init的實現總結 通過上述的代碼追蹤，我們發現module_init的實現有以下關鍵步驟： 通過module_init的宏，在編譯時，把初始化函數放到了數據段：.initcall6.init 在鏈接成內核的時候，鏈接腳本規定好了.initcall6.init的數據段以及指向數據段地址的變量：_initcall6_start 在init/main.c中的for循環，通過_initcall6_start的指針，調用了所有注冊的驅動模塊的初始化接口 最后通過Kconfig/Makefile選擇編譯的驅動，實現只要編譯了驅動代碼，則自動把驅動的初始化函數構建到統一的驅動初始化函數表 演練練習 分析了內核使用__attribute__((section(“name”)))構建的驅動初始化函數表，我們接下來練習如何在應用中構建自己的初始化函數表。 下文的練習參考了：https://my.oschina.net/u/180497/blog/177206 1. 應用代碼 我們的練習代碼（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; } 在代碼中，我們做了3件事： 使用__attribute__((section()))定義了宏：DECLARE_INIT，此宏把函數放置到初始化函數表 使用DELCARE_INIT的宏，聲明了3個模塊初始化函數：A_init/B_init/C_init 在main中通過調用do_initcalls函數，依次調用編譯時構建的初始化函數。其中，“_init_start”和“_init_end”的變量在鏈接腳本中定義。 2. 鏈接腳本 通過命令”ld --verbose”獲取默認鏈接腳本： GNU ld (GNU Binutils for Ubuntu) 2.24 支持的仿真： elf_x86_64 ...... 使用內部鏈接腳本： ================================================== XXXXXXXX （缺省鏈接腳本） ================================================== 我們截取分割線”=====“之間的鏈接腳本保存為：ldscript.lds 在.bss的數據段前添加了自定義的數據段： _init_start = .; .myinit : { *(.myinit) } _init_end = .; ”_init_start“和”_init_end“是我們用於識別數據段開始和結束的在鏈接腳本中定義的變量，而.myinit則是數據段的名稱，其中： .myinit : { *(.myinit) }：表示.o中的.myinit數據段（輸入段）保存到bin中的.myinit數據段（輸出段）中 前期准備充足，下面進行編譯、鏈接、執行的演示
3. 編譯
執行：gcc -c section.c -o section.o 編譯應用源碼。
執行：readelf -S section.o 查看段信息，截圖如下：
可以看到，段[6]是我們自定義的數據段
4. 鏈接
執行：gcc -T ldscript.lds section.o -o section 鏈接成可執行的bin文件
執行：readelf -S section 查看bin文件的段分布情況，部分截圖如下：
在我鏈接成的可執行bin中，在[25]段中存在我們自定義的段
5. 執行
執行結果：
本文后面跟着的一篇文章是關於這篇文章對應的高清思維導圖。