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发信人: zenz.hu(真) 整理人: sungang(2003-04-02 20:13:45), 站内信件 |
| 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!"); } ---- 
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