Linux kernel __init和core_initcall分析

本文详细分析了Linux内核4.14版本中__init宏和core_initcall的工作原理。__init宏将代码置于.init.text段,初始化后可删除。core_initcall用于驱动加载,其调用顺序可通过不同_initcall函数调整。init/main.c中的initcall_blacklist()处理禁载驱动,而do_one_initcall()则用于按顺序执行初始化函数。

Linux kernel __initcore_initcall分析

下面内容都是以kernel 4.14版本分析;通常linux驱动定义为如下:

static int __init gpiolib_dev_init(void)
{
   
                                                                                                                                                                                                               
    ...
}
core_initcall(gpiolib_dev_init);

1. __init分析
__init是个宏,定义为 define __init __section(.init.text) __cold __inittrace __latent_entropy __noinitretpoline __nocfi
通常编译器把把代码放在.text段,全局初始化的变量放在.data段,全局初始化的变量放在.bss段。而使用session属性,连接器(vmlinux.lds)可以把需要的内容,放在指定的段中。
上面的__init被放在.init.text中,因此所有的_init都放入到’.init.text’中,初始化完后就可以把该内存删除掉。

2. core_initcall分析
路径为include/linux/init.h

#define pure_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 0)

#define core_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 1)
#define core_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 1s)
#define postcore_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 2)                                                                                                                                                 
#define postcore_initcall_sync(fn)  __define_initcall(fn, 2s)
#define arch_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 3)
#define arch_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 3s)
#define subsys_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 4)
#define subsys_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 4s)
#define fs_initcall(fn)         __define_initcall(fn, 5)
#define fs_initcall_sync(fn)        __define_initcall(fn, 5s)
#define rootfs_initcall(fn)     __define_initcall(fn, rootfs)
#define device_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 6)
#define device_initcall_sync(fn)    __define_initcall(fn, 6s)
#define late_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 7)
#define late_initcall_sync(fn)      __define_initcall(fn, 7s)

#define __initcall_name(fn, id)   __initcall_##fn##id

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

typedef int (*initcall_t)(void)声明一个函数指针

core_initcall(gpiolib_dev_init) =
__define_initcall(gpiolib_dev_init, 1) =
static initcall_t __initcall_gpiolib_dev_init_1 __used   __attribute__((__section__(.initcall.1.init))) = gpiolib_dev_init;

上面宏展开的意思为声明了一个函数__initcall_gpiolib_dev_init_1,该函数指向了gpiolib_dev_init。同时__initcall_gpiolib_dev_init_1是储存在__section__(.initcall.1.init) ,储存方式通过lds连接如下(查看out目录下的vmlinux.lds)

initcall_start = .; 
KEEP(*(.initcallearly.init)) 
__initcall0_start = .; 
KEEP(*(.initcall0.init)) KEEP(*(.initcall0s.
`pure_initcall()` `module_init()` 都是 Linux 内核中用于注册初始化函数的宏,但它们的**使用场景、执行阶段用途**有显著不同。 --- ### 🔍 一、`pure_initcall()` 与 `module_init()` 的区别 | 特性 | `pure_initcall()` | `module_init()` | |------|-------------------|-----------------| | **用途** | 内核核心早期初始化 | 内核模块初始化 | | **执行阶段** | 极早期(核心基础设施未就绪) | 较晚(模块加载时) | | **是否支持模块** | ❌ 不用于模块 | ✅ 专为模块设计 | | **执行顺序** | 最早 | 较晚(依赖模块加载时机) | | **是否在 6.1 内核中支持** | ❌ 已移除 | ✅ 支持 | | **典型使用场景** | 核心内核早期初始化(如内存管理) | 设备驱动模块、可加载模块初始化 | | **内部实现** | 使用 `__define_initcall(fn, 0)` | 使用 `device_initcall()` 或其他 initcall 宏 | --- ### 🔧 二、`module_init()` 的工作机制 `module_init()` 是用于**内核模块**的初始化函数注册宏。它本质上是一个封装宏,最终会根据模块是否内置或可加载,选择不同的执行方式: ```c #define module_init(x) __initcall(x); ``` 在内核源码中,`__initcall(x)` 宏会根据配置(是否为模块)选择: - 如果是模块(`CONFIG_MODULES=y` 且函数不是 builtin): - 模块初始化函数会在模块加载时通过 `do_init_module()` 调用。 - 如果是内置模块(built-in): - 它会被当作 `device_initcall()` 阶段的函数处理。 --- ### 📌 三、何时使用 `pure_initcall()` `module_init()` #### ✅ 使用 `pure_initcall()` 的场景(已不推荐): - 用于**极早期内核初始化** - 需要绕过模块机制 - 已被官方移除(6.1 及以后) #### ✅ 使用 `module_init()` 的场景: - 编写可加载的内核模块(如设备驱动) - 模块需要在加载时初始化 - 支持动态加载/卸载 --- ### 🧪 四、示例对比 #### 1. 使用 `module_init()` 的模块代码: ```c #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> static int __init my_module_init(void) { printk(KERN_INFO "My module is loaded!\n"); return 0; } static void __exit my_module_exit(void) { printk(KERN_INFO "My module is unloaded!\n"); } module_init(my_module_init); module_exit(my_module_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Test"); MODULE_DESCRIPTION("A simple module"); ``` #### 2. 原始 `pure_initcall()` 用法(已不推荐): ```c static int __init early_init_func(void) { printk(KERN_INFO "Early init function\n"); return 0; } pure_initcall(early_init_func); ``` 在 Linux 6.1 中,上述代码将编译失败,因为 `pure_initcall()` 已被移除。 --- ### 📝 五、替换建议 如果你在代码中看到: ```c pure_initcall(my_init_func); ``` 建议根据功能替换为: - 如果是核心初始化逻辑:`core_initcall(my_init_func);` - 如果是子系统初始化:`subsys_initcall(my_init_func);` - 如果是模块初始化:使用 `module_init(my_init_func);` --- ### ✅ 六、总结对比表 | 功能 | `pure_initcall()` | `module_init()` | |------|-------------------|-----------------| | 是否模块可用 | ❌ 不适用 | ✅ 专为模块设计 | | 执行顺序 | 最早 | 模块加载时(较晚) | | 是否支持 6.1 内核 | ❌ 不支持 | ✅ 支持 | | 是否可动态加载 | ❌ 否 | ✅ 是 | | 推荐替代宏 | `core_initcall()` / `subsys_initcall()` | N/A(本身可用) | ---
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