【linux kernel】对linux内核 |
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【linux kernel】对linux内核
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一、开篇
在linux内核源码中，随处都可以看见类似于__init这样的宏，如下代码片段： # define __section(S) __attribute__ ((__section__(#S))) #define __init __section(.init.text)从上述代码片段可见，当使用__init宏修饰一个函数后，那么在进行编译构建过程中，会出现一些不一样的现象。 在比如说__setup宏，该宏定义如下代码片段所示【出自linux dir/include/init.h】： #define __setup_param(str, unique_id, fn, early) \ static const char __setup_str_##unique_id[] __initconst \ __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)综上所述 在代码中出现__attribute__和__section__这两个关键字，这两个关键字是实现该机制的基石，在分析了linux内核源码的实现机制后，本文就使用这两个宏来亲自实践该机制，以便加深理解。 二、实践过程 实践过程准备： （1）创建一个公用头文件：common_define.h （2）创建一个模块文件：module_1.c （3）创建第二个模块文件：module_2.c （4）创建一个主应用文件：app_demo.c （5）创建一个makefile文件【2-1】各文件中内容如下： /* common_define.h */ #ifndef COMMON_DEFINE_H #define COMMON_DEFINE_H typedef int (*init_call_fn)(void); #define __init __attribute__((unused,__section__(".my_init"))) #define MY_DECLAER_INIT(func) \ static init_call_fn init_##func __init = func #endif /*COMMON_DEFINE_H *//* module_1.c*/ #include "stdio.h" #include "string.h" #include "module_1.h" #include "common_define.h" static int module_1_init(void) { printf("module_1_init===============started!!\r\n"); return 0; } MY_DECLAER_INIT(module_1_init);/* module_2.c */ #include "stdio.h" #include "module_2.h" #include "common_define.h" static int module_2_init(void) { printf("module_2_init===============started!!\r\n"); return 0; } MY_DECLAER_INIT(module_2_init);/* app_demo.c */ #include "stdio.h" #include "string.h" #include "app_demo.h" #include "common_define.h" extern init_call_fn my_init_start; extern init_call_fn my_init_end; int main(int argc,char *argv[]) { init_call_fn *init_call_ptr = &my_init_start; printf("start load module...\r\n"); for(;init_call_ptr ldsModule.lds生成默认的链接脚本文件 打开生成的ldsModule.lds文件，保留=======之间的内容，删除其他内容，然后在.bss节的上方加入自己在common_define.h文件中定义的【.my_init】节段和在app_demo.c文件中定义的函数指针变量的节位置【my_init_start】和【my_init_end】 添加内容和顺序如下： my_init_start = .; .my_init :{*(.my_init)} my_init_end = .; 
最后得到文件内容如下： /*l dsModule.lds */ /* Script for -z combreloc: combine and sort reloc sections */ /* Copyright (C) 2014-2018 Free Software Foundation, Inc. Copying and distribution of this script, with or without modification, are permitted in any medium without royalty provided the copyright notice and this notice are preserved. */ OUTPUT_FORMAT("elf64-x86-64", "elf64-x86-64", "elf64-x86-64") OUTPUT_ARCH(i386:x86-64) ENTRY(_start) SEARCH_DIR("=/usr/local/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu64"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib64"); SEARCH_DIR("=/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib"); SEARCH_DIR("=/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib"); SECTIONS { /* Read-only sections, merged into text segment: */ PROVIDE (__executable_start = SEGMENT_START("text-segment", 0x400000)); . = SEGMENT_START("text-segment", 0x400000) + SIZEOF_HEADERS; .interp : { *(.interp) } .note.gnu.build-id : { *(.note.gnu.build-id) } .hash : { *(.hash) } .gnu.hash : { *(.gnu.hash) } .dynsym : { *(.dynsym) } .dynstr : { *(.dynstr) } .gnu.version : { *(.gnu.version) } .gnu.version_d : { *(.gnu.version_d) } .gnu.version_r : { *(.gnu.version_r) } .rela.dyn : { *(.rela.init) *(.rela.text .rela.text.* .rela.gnu.linkonce.t.*) *(.rela.fini) *(.rela.rodata .rela.rodata.* .rela.gnu.linkonce.r.*) *(.rela.data .rela.data.* .rela.gnu.linkonce.d.*) *(.rela.tdata .rela.tdata.* .rela.gnu.linkonce.td.*) *(.rela.tbss .rela.tbss.* .rela.gnu.linkonce.tb.*) *(.rela.ctors) *(.rela.dtors) *(.rela.got) *(.rela.bss .rela.bss.* .rela.gnu.linkonce.b.*) *(.rela.ldata .rela.ldata.* .rela.gnu.linkonce.l.*) *(.rela.lbss .rela.lbss.* .rela.gnu.linkonce.lb.*) *(.rela.lrodata .rela.lrodata.* .rela.gnu.linkonce.lr.*) *(.rela.ifunc) } .rela.plt : { *(.rela.plt) PROVIDE_HIDDEN (__rela_iplt_start = .); *(.rela.iplt) PROVIDE_HIDDEN (__rela_iplt_end = .); } .init : { KEEP (*(SORT_NONE(.init))) } .plt : { *(.plt) *(.iplt) } .plt.got : { *(.plt.got) } .plt.sec : { *(.plt.sec) } .text : { *(.text.unlikely .text.*_unlikely .text.unlikely.*) *(.text.exit .text.exit.*) *(.text.startup .text.startup.*) *(.text.hot .text.hot.*) *(.text .stub .text.* .gnu.linkonce.t.*) /* .gnu.warning sections are handled specially by elf32.em. */ *(.gnu.warning) } .fini : { KEEP (*(SORT_NONE(.fini))) } PROVIDE (__etext = .); PROVIDE (_etext = .); PROVIDE (etext = .); .rodata : { *(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r.*) } .rodata1 : { *(.rodata1) } .eh_frame_hdr : { *(.eh_frame_hdr) *(.eh_frame_entry .eh_frame_entry.*) } .eh_frame : ONLY_IF_RO { KEEP (*(.eh_frame)) *(.eh_frame.*) } .gcc_except_table : ONLY_IF_RO { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) } .gnu_extab : ONLY_IF_RO { *(.gnu_extab*) } /* These sections are generated by the Sun/Oracle C++ compiler. */ .exception_ranges : ONLY_IF_RO { *(.exception_ranges .exception_ranges*) } /* Adjust the address for the data segment. We want to adjust up to the same address within the page on the next page up. */ . = DATA_SEGMENT_ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE), CONSTANT (COMMONPAGESIZE)); /* Exception handling */ .eh_frame : ONLY_IF_RW { KEEP (*(.eh_frame)) *(.eh_frame.*) } .gnu_extab : ONLY_IF_RW { *(.gnu_extab) } .gcc_except_table : ONLY_IF_RW { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) } .exception_ranges : ONLY_IF_RW { *(.exception_ranges .exception_ranges*) } /* Thread Local Storage sections */ .tdata : { *(.tdata .tdata.* .gnu.linkonce.td.*) } .tbss : { *(.tbss .tbss.* .gnu.linkonce.tb.*) *(.tcommon) } .preinit_array : { PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .); KEEP (*(.preinit_array)) PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .); } .init_array : { PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .); KEEP (*(SORT_BY_INIT_PRIORITY(.init_array.*) SORT_BY_INIT_PRIORITY(.ctors.*))) KEEP (*(.init_array EXCLUDE_FILE (*crtbegin.o *crtbegin?.o *crtend.o *crtend?.o ) .ctors)) PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .); } .fini_array : { PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .); KEEP (*(SORT_BY_INIT_PRIORITY(.fini_array.*) SORT_BY_INIT_PRIORITY(.dtors.*))) KEEP (*(.fini_array EXCLUDE_FILE (*crtbegin.o *crtbegin?.o *crtend.o *crtend?.o ) .dtors)) PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .); } .ctors : { /* gcc uses crtbegin.o to find the start of the constructors, so we make sure it is first. Because this is a wildcard, it doesn't matter if the user does not actually link against crtbegin.o; the linker won't look for a file to match a wildcard. The wildcard also means that it doesn't matter which directory crtbegin.o is in. */ KEEP (*crtbegin.o(.ctors)) KEEP (*crtbegin?.o(.ctors)) /* We don't want to include the .ctor section from the crtend.o file until after the sorted ctors. The .ctor section from the crtend file contains the end of ctors marker and it must be last */ KEEP (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *crtend?.o ) .ctors)) KEEP (*(SORT(.ctors.*))) KEEP (*(.ctors)) } .dtors : { KEEP (*crtbegin.o(.dtors)) KEEP (*crtbegin?.o(.dtors)) KEEP (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *crtend?.o ) .dtors)) KEEP (*(SORT(.dtors.*))) KEEP (*(.dtors)) } .jcr : { KEEP (*(.jcr)) } .data.rel.ro : { *(.data.rel.ro.local* .gnu.linkonce.d.rel.ro.local.*) *(.data.rel.ro .data.rel.ro.* .gnu.linkonce.d.rel.ro.*) } .dynamic : { *(.dynamic) } .got : { *(.got) *(.igot) } . = DATA_SEGMENT_RELRO_END (SIZEOF (.got.plt) >= 24 ? 24 : 0, .); .got.plt : { *(.got.plt) *(.igot.plt) } .data : { *(.data .data.* .gnu.linkonce.d.*) SORT(CONSTRUCTORS) } .data1 : { *(.data1) } _edata = .; PROVIDE (edata = .); . = .; __bss_start = .; my_init_start = .; .my_init :{*(.my_init)} my_init_end = .; .bss : { *(.dynbss) *(.bss .bss.* .gnu.linkonce.b.*) *(COMMON) /* Align here to ensure that the .bss section occupies space up to _end. Align after .bss to ensure correct alignment even if the .bss section disappears because there are no input sections. FIXME: Why do we need it? When there is no .bss section, we don't pad the .data section. */ . = ALIGN(. != 0 ? 64 / 8 : 1); } .lbss : { *(.dynlbss) *(.lbss .lbss.* .gnu.linkonce.lb.*) *(LARGE_COMMON) } . = ALIGN(64 / 8); . = SEGMENT_START("ldata-segment", .); .lrodata ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE)) + (. & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)) : { *(.lrodata .lrodata.* .gnu.linkonce.lr.*) } .ldata ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE)) + (. & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)) : { *(.ldata .ldata.* .gnu.linkonce.l.*) . = ALIGN(. != 0 ? 64 / 8 : 1); } . = ALIGN(64 / 8); _end = .; PROVIDE (end = .); . = DATA_SEGMENT_END (.); /* Stabs debugging sections. */ .stab 0 : { *(.stab) } .stabstr 0 : { *(.stabstr) } .stab.excl 0 : { *(.stab.excl) } .stab.exclstr 0 : { *(.stab.exclstr) } .stab.index 0 : { *(.stab.index) } .stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr) } .comment 0 : { *(.comment) } /* DWARF debug sections. Symbols in the DWARF debugging sections are relative to the beginning of the section so we begin them at 0. */ /* DWARF 1 */ .debug 0 : { *(.debug) } .line 0 : { *(.line) } /* GNU DWARF 1 extensions */ .debug_srcinfo 0 : { *(.debug_srcinfo) } .debug_sfnames 0 : { *(.debug_sfnames) } /* DWARF 1.1 and DWARF 2 */ .debug_aranges 0 : { *(.debug_aranges) } .debug_pubnames 0 : { *(.debug_pubnames) } /* DWARF 2 */ .debug_info 0 : { *(.debug_info .gnu.linkonce.wi.*) } .debug_abbrev 0 : { *(.debug_abbrev) } .debug_line 0 : { *(.debug_line .debug_line.* .debug_line_end ) } .debug_frame 0 : { *(.debug_frame) } .debug_str 0 : { *(.debug_str) } .debug_loc 0 : { *(.debug_loc) } .debug_macinfo 0 : { *(.debug_macinfo) } /* SGI/MIPS DWARF 2 extensions */ .debug_weaknames 0 : { *(.debug_weaknames) } .debug_funcnames 0 : { *(.debug_funcnames) } .debug_typenames 0 : { *(.debug_typenames) } .debug_varnames 0 : { *(.debug_varnames) } /* DWARF 3 */ .debug_pubtypes 0 : { *(.debug_pubtypes) } .debug_ranges 0 : { *(.debug_ranges) } /* DWARF Extension. */ .debug_macro 0 : { *(.debug_macro) } .debug_addr 0 : { *(.debug_addr) } .gnu.attributes 0 : { KEEP (*(.gnu.attributes)) } /DISCARD/ : { *(.note.GNU-stack) *(.gnu_debuglink) *(.gnu.lto_*) } }（注意）以上文件内容和语法的更多详情需要参考：GNU链接器脚本和语法 【重新修改makefile，指定gcc链接脚本：gcc -T ./ldsModule.lds】 修改后文件如下： ################################################################################# # driver test makefile file #datetime 2021/10/24 #author iriczhao ################################################################################## CC=cc CC_FLAG=-Wall PRG=app_demo OBJ=module_1.o module_2.o app_demo.o $(PRG):$(OBJ) gcc -T ./ldsModule.lds -o $@ $(OBJ) .PRONY:clean clean: @echo "Removing linked and compiled files......" rm -f $(OBJ) $(PRG)【再次编译链接】运行程序结果如下图所示： 利用__attribute__和__section__可以完成一些高级和复杂的操作。将一个函数或变量数据放入一个ELF的特殊段中，然后在程序中对该段中内容进行操作和调用，或者类似于linux一样当在内核启动和再将其释放掉。 本文所讨论的机制和技术，总而言之，就是链接器首先构造一个函数指针的列表，其中的每一个指针指向一个初始化函数，然后在代码中使用一个循环，依次执行这些函数。 搜索关注【嵌入式小生】wx公众号获取更多精彩内容>>>> |
从上图中可见，module1和module2中使用MY_DECLAER_INIT宏声明的函数都被编译执行了，以此方式和思路实现了类似于linux内核中__init宏的机制。
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