一、__attribute__((__section__(section_name))) 简介
1. __attribute__((section("name"))) 是gcc编译器支持的一个编译特性(arm编译器也支持此特性),实现在编译时把某个函数/数据放到名为name的数据段中。原理如下:
(1) 模块通过 __attribute__((section("name"))),会构建初始化函数表,放到你命名为的name数据段中。
(2) 而默认链接脚本缺少自定义的数据段的声明,需要在链接脚本添加你定义的数据段的声明。
(3) main在执行初始化时,只需要把name数据段中的所有初始化接口执行一遍,即可实现不同模块间的隔离效果。
那么这里有两个问题 :
(1) 如何再链接脚本中添加自己定义的数据段的声明.
(2) main是如何将放入数据段的模块接口都执行了一遍.
2. 链接脚本处理
内核是根据不同的架构,调用内核自己写的对应的链接脚本。ld链接命令有两个关键的选项如下:
ld -T <script> //指定链接时的链接脚本 ld --verbose //打印出默认的链接脚本
内核最终其实用了 ld -T arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds.S 指定架构对应的链接脚本,对于ARM64架构使用的就是 arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S。我们以”ARCH=arm“ 为例,查看链接脚本:arch/arm/kernel/vmlinux.lds,可以发现其实就在 .bss 数据段前添加了自己定义数据段的声明,如下:
//arch/arm64/include/asm/module.lds.h: SECTIONS { #define INIT_CALLS_LEVEL(level) \ KEEP(*(.initcall##level##.init*)) \ KEEP(*(.initcall##level##s.init*)) .initcalls : { *(.initcalls._start) INIT_CALLS_LEVEL(0) INIT_CALLS_LEVEL(1) INIT_CALLS_LEVEL(2) INIT_CALLS_LEVEL(3) INIT_CALLS_LEVEL(4) INIT_CALLS_LEVEL(5) INIT_CALLS_LEVEL(rootfs) INIT_CALLS_LEVEL(6) INIT_CALLS_LEVEL(7) *(.initcalls._end) } }
3. 举个内核中的例子
//include/linux/module.h #define module_init(x) __initcall(x); //include/linux/init.h #define __initcall(fn) device_initcall(fn) #define device_initcall(fn) __define_initcall(fn, 6) #define __define_initcall(fn, id) \ static initcall_t __initcall_##fn##id \ __used __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn; //module_init(ip_tables_init)展开为: static initcall_t _initcall_ip_tables_init_6 __attribute__((unused, section(".initcall6.init"))) = ip_tables_init;
main 执行初始化函数:
typedef int (*initcall_t)(void); static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = { __initcall0_start, __initcall1_start, __initcall2_start, __initcall3_start, __initcall4_start, __initcall5_start, __initcall6_start, __initcall7_start, __initcall_end, }; static void __init do_initcalls(void) { int level; for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++) do_initcall_level(level); } static void __init do_initcall_level(int level) { ...... for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++) do_one_initcall(*fn); } int __init_or_module do_one_initcall(initcall_t fn) { ...... if (initcall_debug) ret = do_one_initcall_debug(fn); else ret = fn(); ...... }
通过上述的代码追踪,我们发现 module_init 的实现有以下关键步骤:
(1) 通过 module_init 的宏,在编译时,把初始化函数放到了数据段:.initcall6.init。
(2) 在内核自定义的链接,申明了.initcall6.init 的数据段存放的位置,以及指向数据段地址的变量 _initcall6_start。
(3) 在init/main.c中的for循环,通过_initcall6_start 的指针,调用了所有注册的驱动模块的初始化接口。
(4) 最后通过 Kconfig/Makefile 选择编译的驱动,实现只要编译了驱动代码,则自动把驱动的初始化函数构建到统一的驱动初始化函数表。
二、移植内核代码测试
1. 在看内核中thermal驱动的代码时发现,各个governor就使用了 __attribute__ __section__ 属性,于是将其精简后移植到用户空间:
#include <stdio.h> struct thermal_governor { char name[32]; int (*bind_to_tz)(void); //struct list_head governor_list; }; //gcc 编译属性定义 #define __section(section) __attribute__((__section__(section))) //也就是向编译器说明这段代码有用,即使在没有用到的情况下编译器也不会警告,实测,这个不定义也行 #define __used __attribute__((__used__)) //编译器自动生成的变量 extern struct thermal_governor *__governor_thermal_table[]; extern struct thermal_governor *__governor_thermal_table_end[]; #define THERMAL_TABLE_ENTRY(table, name) \ static typeof(name) *__thermal_table_entry_##name \ __used __section("__" #table "_thermal_table") = &name #define THERMAL_GOVERNOR_DECLARE(name) THERMAL_TABLE_ENTRY(governor, name) //定义遍历函数 #define for_each_governor_table(__governor) \ for (__governor = __governor_thermal_table; __governor < __governor_thermal_table_end; __governor++) //各个模块的使用,分布在不同模块中,这里写在一起了 static struct thermal_governor thermal_gov_power_allocator = { .name = "power_allocator", }; THERMAL_GOVERNOR_DECLARE(thermal_gov_power_allocator); static struct thermal_governor thermal_gov_bang_bang = { .name = "bang_bang", }; THERMAL_GOVERNOR_DECLARE(thermal_gov_bang_bang); static struct thermal_governor thermal_gov_user_space = { .name = "user_space", }; THERMAL_GOVERNOR_DECLARE(thermal_gov_user_space); static struct thermal_governor thermal_gov_step_wise = { .name = "step_wise", }; THERMAL_GOVERNOR_DECLARE(thermal_gov_step_wise); static struct thermal_governor thermal_gov_fair_share = { .name = "fair_share", }; THERMAL_GOVERNOR_DECLARE(thermal_gov_fair_share); int main() { struct thermal_governor **gov; for_each_governor_table(gov) { printf("%s\n", (*gov)->name); } return 0; }
编译报错如下:
attribute_section$ gcc attribute_section_test.c -o pp /tmp/cc2awnku.o: In function `main': attribute_section_test.c:(.text+0x2a): undefined reference to `__governor_thermal_table_end' collect2: error: ld returned 1 exit status
看来用户空间默认的链接器脚本帮我们定义了指针数组 __governor_thermal_table,却没有定义 __governor_thermal_table_end。内核的连接器脚本中两个都会定义。
通过命令”ld --verbose”获取默认链接脚本,然后拷贝"============================"中间的内容到 lds_my.lds 中,并在"__bss_start" 前面添加:
__governor_thermal_table = .; __governor_thermal_table : { *(__governor_thermal_table) } __governor_thermal_table_end = .;
然后,可以看到已经正常遍历所有的模块了:
attribute_section$ gcc attribute_section_test.c -o pp -T lds_my.lds attribute_section$ ./pp power_allocator bang_bang user_space step_wise fair_share
2. 补充:模仿内核,创建 lds_my.lds.h 文件,并输入如下内容,然后在 lds_my.lds 中 #include <lds_my.lds.h>,实测不行,不能使用#include。
SECTIONS { __governor_thermal_table : ALIGN(8) { __governor_thermal_table = .; __governor_thermal_table : { *(__governor_thermal_table) } __governor_thermal_table_end = .; } }
三、使用函数指针使用__section__属性
1. 对函数指针使用__section__属性
(1) 同理,在链接脚本 lds_my_funcp.lds 中加入如下链接定义
__my_init_call_start = .; .my.init : {*(.my.init)} __my_init_call_end = .;
(2) 测试代码
#include <stdio.h> typedef int (*init_call_type)(void *data); extern init_call_type __my_init_call_start; extern init_call_type __my_init_call_end; #define DECLARE_INIT_CALL(func) \ static init_call_type init_call_##func __attribute__((used, section(".my.init"))) = func #define for_each_init_module(fn) \ for (fn = &__my_init_call_start; fn < &__my_init_call_end; fn++) //modules define int led_module_init(void *data) { printf("%s\n", __func__); } DECLARE_INIT_CALL(led_module_init); int video_module_init(void *data) { printf("%s\n", __func__); } DECLARE_INIT_CALL(video_module_init); int camera_module_init(void *data) { printf("%s\n", __func__); } DECLARE_INIT_CALL(camera_module_init); int main() { init_call_type *fn; for_each_init_module(fn) { (*fn)(NULL); } return 0; } /* attribute_section$ gcc attribute_section_funcp_test.c -o pp -T lds_my_funcp.lds attribute_section$ ./pp led_module_init video_module_init camera_module_init */
2. 总结
(1) 链接后,自己定义的 __my_init_call_start 和 __my_init_call_end 只是两个地址常量,而且应该是没有类型的地址常量,可以将其当做指针或指针数组,将其赋值给一级指针或二级指针都不会报warning。这两个常量之间存的内容是函数指针的地址,指针指向的是函数,因此需要两次解引用才能调用到原来的函数,因此变量变量需要是一个二级指针。
(2) 下面两种格式都行
__attribute__((__section__("section_name"))) __attribute__((section(".my.init")))