一、导读

在linux内核启动过程中，会向终端打印出很多的日志信息，从这些日志信息中可以得到许多内核的行为。当在内核启动过程中，如果在启动阶段出现了问题，那么很多的提示信息也会从终端打印出。这些信息的输出和具体模块功能的执行都归功于一个函数：do_initcalls，本文将主要分析这个函数的详细执行逻辑，且从这个函数开始延伸到linux各个子系统初始化背后的机制。

本文所有源码分析基于linux内核版本：4.1.15

二、do_initcalls

do_initcalls由do_basic_setup()调用：

do_basic_setup()由kernel_init()代表的内核init线程函数间接调用（在kernel_init_freeable()被调用）。在调用do_basic_setup之前，处理器已经被初始化了，CPU子系统已经启动并且运行，内存和进程管理工作也工作正常，但是系统中的设备还没有被初始化，故而do_basic_setup正作用于此，本文主要描述do_initcalls，所以不再进而分析其他的函数。

do_initcalls在/init/main.c文件中实现：

static void __init do_initcalls(void)
{
	int level;

	for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
		do_initcall_level(level);
}

函数中内容比较少，是一个for循环结构，循环的对象是initcall_levels数组，该数组用于描述初始化调用的级别，定义如下：

extern initcall_t __initcall_start[];
extern initcall_t __initcall0_start[];
extern initcall_t __initcall1_start[];
extern initcall_t __initcall2_start[];
extern initcall_t __initcall3_start[];
extern initcall_t __initcall4_start[];
extern initcall_t __initcall5_start[];
extern initcall_t __initcall6_start[];
extern initcall_t __initcall7_start[];
extern initcall_t __initcall_end[];

static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
	__initcall0_start,
	__initcall1_start,
	__initcall2_start,
	__initcall3_start,
	__initcall4_start,
	__initcall5_start,
	__initcall6_start,
	__initcall7_start,
	__initcall_end,
};

从上述代码可见，initcall_levels数组中的元素为initcall_t类型的指针，回到do_initcalls()函数中，该函数的核心操作是：按顺序从__initcall0_start开始，到__initcall_end结束的节段中取出存在不同段之间的函数，并执行。存在这几个初始化调用段之间的函数都是各个模块的初始化函数，而这些函数是如何加入到初始化调用段中的呢？又是如何设置调用级别的，会在后文中描述到。

在do_initcalls()函数中，会根据initcall_levels初始化调用级别的数量调用do_initcall_level()，该函数实现如下：

static void __init do_initcall_level(int level)
{
	initcall_t *fn;

	strcpy(initcall_command_line, saved_command_line);
	parse_args(initcall_level_names[level],
		   initcall_command_line, __start___param,
		   __stop___param - __start___param,
		   level, level,
		   &repair_env_string);

	for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
		do_one_initcall(*fn);
}

从上述代码可见，在函数的最后是一个for循环结构，该循环的操作对象为函数指针，且会将对应的函数指针传递到do_one_initcall中，在该函数则会执行函数指针所指向的函数：

三、构造section并添加函数

（3-1）构造初始化调用section

在linux内核中，不同架构（ARCH）下的kernel目录中，都会有一个名为vmlinux.lds.S的链接脚本，初始化调用section的构造则在该链接脚本中完成。

本文以ARM32架构为例

在/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中的链接脚本中，在.init.data输出节段中则需要INIT_CALLS作为输入节段：

INIT_CALLS定义在/include/asm-generic/vmlinux.lds.h文件中：

而在内核的makefile中有以下语句：

LDFLAGS_vmlinux += -T arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds.s

指定了构建linux内核镜像时所使用的链接脚本，基于此，则会构造好初始化调用section。当初始化调用section构造完成后，是如何向该section中添加函数的呢？继续往下看。

（3-2）向section中添加函数

向section中添加函数的本质操作则是__define_initcall()，定义如下：

然后linux内核会基于__define_initcall()封装出多个宏定义接口，供内核中各个模块使用，接口如下：

__define_initcall()宏定义的本质则是定义一个initcall_t函数指针类型的变量并命名为__initcall_##fn##id，其中fn为赋值给该变量的函数名称，id为初始化调用级别，然后并将fn赋值给该变量。接着就是最为重要的技术点：使用__attribute__将该变量加入到命名为"initcall##id.init"的section中，其中id为初始化调用级别，所以将fn添加到初始化调用section中则是通过这一点实现。例如：如果有以下类似的代码：

static void __init show_info(void)
{
  printk("I'm iriczhao \n")
}

core_initcall(show_info);

经过层层宏替换后，本质上则变成：

static initcall_t __initcall_core_initcall1 __used \
__attribute__((__section__(".initcall1.init"))) = show_info;

四、总结

从上述内容可以知道，linux内核中使用基于__define_initcall封装出的多个接口API初始化内核的各个模块，使用这些API接口会将指定的函数放到名称为.initcall##id.init的section中，id为初始化调用级别，内核中定义了14种调用级别：分别为1_7和1s7s（linux 3.0后增加的扩展）。这些调用级别是按照先后顺序依次排列的。

（4-1）linux内核中，对于内核的各个模块的初始化，正是通过使用__define_initcall()的衍生宏定义接口API将初始化函数放置到__initcall##id.initsection中，不同模块的初始化函数按照调用级别顺序排列。在内核启动阶段，这些放置到这个section中的函数指针将被do_initcalls()按顺序依次调用，进而完成各个模块的初始化。

linux内核系统非常庞大，各个子系统也非常多，他们的初始化函数是不需要在内核启动过程中去主动调用的，从设计上这一点也不现实，随着内核功能的增加，越来越复杂的驱动程序，从而linux内核基于编译器section技术，设计了初始化调用机制，将各个模块的初始化与linux内核启动主线分离。

（4-2）当使用基于__define_initcall封装出的多个API接口时，函数指针放置到哪个子section由具体的宏定义API接口的level参数确定，较小的level参数则对应的函数指针则被放置在前面。而位于同一个子section内的函数指针顺序不定，由编译器按照编译的顺序随机指定。所以，如果一个模块的初始化函数想要越早被调用执行，则需要有较小的调用级别。