FreeBSD kernel
是一个膨大的系统
,
对于这样一个大系统
,
里面往往包含了大量的子系统和
模块
,
当系统初始化时这些模块就需要初始化
,
按照通常的思路
,
这些初始化过程必须在某处
被显式地调用
,
这样一来
,
当你新增某个模块
,
你必须再修改那个系统初始化的地方来调用这
个新增模块的初始化过程
,
而且由于
ANSI C
语言的限制
,
调用某个函数最好先声明
,
这样当系
统的初始化过程开始增加时
,
那个调用初始化过程的文件开始大量包含那些本来不相关的头
文件
,
偶合度就增加了
,
这是一种不好的设计
.
FreeBSD
为了应付这种情况
,
使用一种叫做
SYSINIT
的机制
.
我们知道
FreeBSD
使用一种叫做
ELF
的二进制目标执行文件格式
.
这种文件格式允许文件内部组织成结构化的方式
,
文件内
部可以由不同的组成部分
(section), FreeBSD
正是利用了这种机制
.
FreeBSD
使用
GNU GCC
作为其
C
语言编译器
,
这种编译器允许在
C
源程序中嵌入汇编语言代码
,
FreeBSD
通过在
C
源程序中加入汇编指令来在目标文件中增加额外的
section,
在文件
/sys/sys/linker_set.h
中定义如下
:
#ifdef __alpha__
#define MAKE_SET(set, sym) \
static void const * const __set_##set##_sym_##sym = &sym; \
__asm(".align 3"); \
__asm(".section .set." #set ",\"aw\""); \
__asm(".quad " #sym); \
__asm(".previous")
#else
#define MAKE_SET(set, sym)
#define MAKE_SET(set, sym) \
static void const * const __set_##set##_sym_##sym = &sym; \
__asm(".section .set." #set ",\"aw\""); \
__asm(".long " #sym); \
__asm(".previous")
#endif
#define TEXT_SET(set, sym) MAKE_SET(set, sym)
#define DATA_SET(set, sym) MAKE_SET(set, sym)
程序一旦在某处调用
DATA_SET
宏指令
,
就会将相应的汇编符号加入到目标文件
.
例如
:
int myint;
DATA_SET(myset, myint);
这两句话将导致在目标文件中创建一个
myset section,
并且
myint
的地址将被放入这个
section
中
.
系统的初始化必须按严格的顺序进行
,
为此
FreeBSD
定义了很多子系统的顺序号
,
这些顺序
连同
SYSINIT
的许多相关定义在
/sys/sys/kernel.h
头文件中
:
enum sysinit_sub_id {
SI_SUB_DUMMY = 0x0000000, /* not executed; for linker*/
SI_SUB_DONE = 0x0000001, /* processed*/
SI_SUB_CONSOLE = 0x0800000, /* console*/
SI_SUB_COPYRIGHT = 0x0800001, /* first use of console*/
SI_SUB_TUNABLES = 0x0700000, /* establish tunable values */
SI_SUB_VM = 0x1000000, /* virtual memory system init*/
SI_SUB_KMEM = 0x1800000, /* kernel memory*/
SI_SUB_KVM_RSRC = 0x1A00000, /* kvm operational limits*/
SI_SUB_CPU = 0x1e00000, /* CPU resource(s)*/
SI_SUB_KLD = 0x1f00000, /* KLD and module setup */
SI_SUB_INTRINSIC = 0x2000000, /* proc 0*/
SI_SUB_VM_CONF = 0x2100000, /* config VM, set limits*/
SI_SUB_RUN_QUEUE = 0x2200000, /* the run queue*/
SI_SUB_CREATE_INIT = 0x2300000, /* create the init process */
SI_SUB_DRIVERS = 0x2400000, /* Let Drivers initialize */
SI_SUB_CONFIGURE = 0x3800000, /* Configure devices */
SI_SUB_VFS = 0x4000000, /* virtual file system*/
SI_SUB_CLOCKS = 0x4800000, /* real time and stat clocks*/
SI_SUB_MBUF = 0x5000000, /* mbufs*/
SI_SUB_CLIST = 0x5800000, /* clists*/
SI_SUB_SYSV_SHM = 0x6400000, /* System V shared memory*/
SI_SUB_SYSV_SEM = 0x6800000, /* System V semaphores*/
SI_SUB_SYSV_MSG = 0x6C00000, /* System V message queues*/
SI_SUB_P1003_1B = 0x6E00000, /* P1003.1B realtime */
SI_SUB_PSEUDO = 0x7000000, /* pseudo devices*/
SI_SUB_EXEC = 0x7400000, /* execve() handlers */
SI_SUB_PROTO_BEGIN = 0x8000000, /* XXX: set splimp (kludge)*/
...
};
子系统内还有顺序号
:
enum sysinit_elem_order {
SI_ORDER_FIRST = 0x0000000, /* first*/
SI_ORDER_SECOND = 0x0000001, /* second*/
SI_ORDER_THIRD = 0x0000002, /* third*/
SI_ORDER_MIDDLE = 0x1000000, /* somewhere in the middle */
SI_ORDER_ANY = 0xfffffff /* last*/
};
FreeBSD
为每个想要在系统初始化时被调用的函数
,
定义两个函数类型
:
typedef void (*sysinit_nfunc_t) __P((void *));
typedef void (*sysinit_cfunc_t) __P((const void *));
它们是系统初始化被调用时使用的函数原型
.
两个重要的宏使得初始化函数能够在系统开始时被执行
:
#define C_SYSINIT(uniquifier, subsystem, order, func, ident) \
static struct sysinit uniquifier ## _sys_init = { \
subsystem, \
order, \
func, \
ident \
}; \
DATA_SET(sysinit_set,uniquifier ## _sys_init);
#define SYSINIT(uniquifier, subsystem, order, func, ident) \
C_SYSINIT(uniquifier, subsystem, order, \
(sysinit_cfunc_t)(sysinit_nfunc_t)func, (void *)ident)
其中每个初始化函数被存储成这样一个结构
:
struct sysinit {
unsigned int subsystem; /* subsystem identifier*/
unsigned int order; /* init order within subsystem*/
sysinit_cfunc_t func; /* function */
const void *udata; /* multiplexer/argument */
};
这个结构包含了子系统编号
,
子系统中的顺序号
,
初始化函数的地址
,
以及这个函数
使用的参数
.
现在如果有个函数想要在系统启动时自动被调用
,
并且知道这个函数是为
VM
子系统做准备工
作
,
可以这样申明
:
long myvar;
void init_myvar(void *p)
{
*(long *)p = 2;
}
SYSINIT(init_myvar, SI_SUB_VM, 1000, init_myvar, &myvar)
这样声明的初始化过程分布在很多目标文件中
,
当
gcc
的连接编辑器
ld
运行时就会把属于同
一个
section
的数据合并到一个连续的地址块中
.
由于在这个
section
中包含的只能是指向
sysinit
结构的指针
,
这样
FreeBSD
就可以把这个地址
当成一个
sysinit*
的数组
, FreeBSD
找出这个
sysinit_set
地址
,
边历这个数组并调用其中
的初始化函数
.
为了确切知道这个
section
的大小
(
直接读
ELF
是可能的
,
但是那样太复杂
,
要
知道
kernel
调用初始化过程时文件系统可能还没有初始化呢
),
系统中包含一个工具
gensetdefs,
这个工具能扫描给出的一组
.o
目标文件
,
并找到任何名字是由
.set.
开头的
section,
它统计有多少个这样的的初始化函数
,
并在
sysinit_set
的开头生成一个长整形
计数器
. gensetdefs
生成三个文件
:
setdef0.c setdef1.c setdefs.h
文件
setdef0.c
的内容
:
--------------------------------------------------------
/* THIS FILE IS GENERATED, DO NOT EDIT. */
#define DEFINE_SET(set, count) \
__asm__(".section .set." #set ",\"aw\""); \
__asm__(".globl " #set); \
__asm__(".type " #set ",@object"); \
__asm__(".p2align 2"); \
__asm__(#set ":"); \
__asm__(".long " #count); \
__asm__(".previous")
#include "setdefs.h" /* Contains a `DEFINE_SET' for each set */
--------------------------------------------------------
这里的
DEFINE_SET
效果就是申明一
C
结构
:
struct linker_set {
int ls_length;
void *ls_items[1]; /* really ls_length of them,
* trailing NULL */
};
文件
setdef1.c
的内容
:
--------------------------------------------------------
/* THIS FILE IS GENERATED, DO NOT EDIT. */
#define DEFINE_SET(set, count) \
__asm__(".section .set." #set ",\"aw\""); \
__asm__(".long 0"); \
__asm__(".previous")
#include "setdefs.h" /* Contains a `DEFINE_SET' for each set */
这个
DEFINE_SET
在某个
section
中放入一个
long 0.
--------------------------------------------------------
文件
setdefs.h
的内容
:
DEFINE_SET(cons_set, 3);
DEFINE_SET(kbddriver_set, 2);
DEFINE_SET(periphdriver_set, 5);
DEFINE_SET(scrndr_set, 9);
DEFINE_SET(scterm_set, 1);
DEFINE_SET(sysctl_set, 552);
DEFINE_SET(sysinit_set, 323);
DEFINE_SET(sysuninit_set, 155);
DEFINE_SET(vga_set, 9);
DEFINE_SET(videodriver_set, 4);
当
kernel
被连接时
,
在
Makefile
中
setdef0.o
被安排最前面
,
这样
ld
就把这个初始化函数的
计数器安排在这个
section
的最前面
. FreeBSD kernel
就能从这个
section
的开头读到这个计
数器
,
也就知道了有多少个初始化函数
.
在
Makefile
中被安排在中间的的是
FreeBSD
的其他
.o
文件
,
最后由
setdef1.o
压阵
. setdef1.c
定义了一个空指针
,
用以表示这个
section
的结束
,
这种安排
,
我把它叫做夹三明治
.
初始化过程的调用被安排在内核
/sys/kern/init_main.c
的
mi_startup
函数中
, mi_startup
是系统启动过程中
,
第一个被执行的
C
语言函数
,
它做的第一件事情就是调用这些初始化函
数
,
开始时对所有的初始化过程做优先级排序
,
然后顺序调用它们
.
void
mi_startup(void)
{
register struct sysinit **sipp; /* system initialization*/
register struct sysinit **xipp; /* interior loop of sort*/
register struct sysinit *save; /* bubble*/
restart:
这是优先级别排序
,
这里没有使用那个在
setdef0.c
中定义的计数器
,
而是使用
了
setdef1.c
中定义的空指针作为结束标志
.
/*
* Perform a bubble sort of the system initialization objects by
* their subsystem (primary key) and order (secondary key).
*/
for (sipp = sysinit; *sipp; sipp++) {
for (xipp = sipp + 1; *xipp; xipp++) {
if ((*sipp)->subsystem < (*xipp)->subsystem ||
((*sipp)->subsystem == (*xipp)->subsystem &&
(*sipp)->order <= (*xipp)->order))
continue; /* skip*/
save = *sipp;
*sipp = *xipp;
*xipp = save;
}
}
/*
* Traverse the (now) ordered list of system initialization tasks.
* Perform each task, and continue on to the next task.
*
* The last item on the list is expected to be the scheduler,
* which will not return.
*/
for (sipp = sysinit; *sipp; sipp++) {
if ((*sipp)->subsystem == SI_SUB_DUMMY)
continue; /* skip dummy task(s)*/
这是按顺序调用
:
/*
* Traverse the (now) ordered list of system initialization tasks.
* Perform each task, and continue on to the next task.
*
* The last item on the list is expected to be the scheduler,
* which will not return.
*/
for (sipp = sysinit; *sipp; sipp++) {
if ((*sipp)->subsystem == SI_SUB_DUMMY)
continue; /* skip dummy task(s)*/
if ((*sipp)->subsystem == SI_SUB_DONE)
continue;
/* Call function */
(*((*sipp)->func))((*sipp)->udata);
/* Check off the one we're just done */
(*sipp)->subsystem = SI_SUB_DONE;
/* Check if we've installed more sysinit items via KLD */
if (newsysinit != NULL) {
if (sysinit != (struct sysinit **)sysinit_set.ls_items)
free(sysinit, M_TEMP);
sysinit = newsysinit;
newsysinit = NULL;
goto restart;
}
}
panic("Shouldn't get here!");
}
SRC= http://www.moon-soft.com/program/bbs/readelite432617.htm
