c - Linux内核有main函数吗？

Question

我正在学习Device Driver 和Kernel 编程。根据Jonathan Corbet 的书，我们在设备驱动程序中没有main() 函数。

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int my_init(void)
{
     return  0;
}

static void my_exit(void)
{
     return;
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

这里我有两个问题:

1. 为什么我们不需要设备驱动程序中的 main() 函数？
2. 内核有main()函数吗？

Answer 1

启动内核

关于 4.2，start_kernel from init/main.c是一个相当大的初始化过程，可以与 main 函数进行比较。

它是第一个运行的 arch 独立代码，并设置了内核的很大一部分。与 main 非常相似，start_kernel 之前是一些较低级别的设置代码(在用户空间 main crt* 对象中完成))，之后运行“主要”通用 C 代码。

如何在 x86_64 中调用 start_kernel

arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S，一个链接描述文件，设置:

ENTRY(phys_startup_64)

和

phys_startup_64 = startup_64 - LOAD_OFFSET;

和:

#define LOAD_OFFSET __START_KERNEL_map

arch/x86/include/asm/page_64_types.h 将 __START_KERNEL_map 定义为:

#define __START_KERNEL_map  _AC(0xffffffff80000000, UL)

这是内核入口地址。 TODO 该地址是如何准确到达的？我必须了解 Linux 向引导加载程序公开的接口(interface)。

arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S 将第一个引导加载程序部分设置为:

.text :  AT(ADDR(.text) - LOAD_OFFSET) {
    _text = .;
    /* bootstrapping code */
    HEAD_TEXT

include/asm-generic/vmlinux.lds.h 定义HEAD_TEXT:

#define HEAD_TEXT  *(.head.text)

arch/x86/kernel/head_64.S 定义了 startup_64。这是第一个运行的 x86 内核代码。它执行大量低级设置，包括分段和分页。

那是第一个运行的东西，因为文件以:

.text
__HEAD
.code64
.globl startup_64

和include/linux/init.h将__HEAD定义为:

#define __HEAD      .section    ".head.text","ax"

因此与链接描述文件的第一件事相同。

最后它调用 x86_64_start_kernel 和 lretq 有点笨拙:

movq    initial_code(%rip),%rax
pushq   $0      # fake return address to stop unwinder
pushq   $__KERNEL_CS    # set correct cs
pushq   %rax        # target address in negative space
lretq

和:

.balign 8
GLOBAL(initial_code)
.quad   x86_64_start_kernel

arch/x86/kernel/head64.c 定义 x86_64_start_kernel 调用 x86_64_start_reservations 调用 start_kernel。

arm64 入口点

在 v5.7 未压缩内核上运行的第一个 arm64 定义在 https://github.com/cirosantilli/linux/blob/v5.7/arch/arm64/kernel/head.S#L72所以 add x13, x18, #0x16 或 b stext 取决于 CONFIG_EFI:

    __HEAD
_head:
    /*
     * DO NOT MODIFY. Image header expected by Linux boot-loaders.
     */
#ifdef CONFIG_EFI
    /*
     * This add instruction has no meaningful effect except that
     * its opcode forms the magic "MZ" signature required by UEFI.
     */
    add x13, x18, #0x16
    b   stext
#else
    b   stext               // branch to kernel start, magic
    .long   0               // reserved
#endif
    le64sym _kernel_offset_le       // Image load offset from start of RAM, little-endian
    le64sym _kernel_size_le         // Effective size of kernel image, little-endian
    le64sym _kernel_flags_le        // Informative flags, little-endian
    .quad   0               // reserved
    .quad   0               // reserved
    .quad   0               // reserved
    .ascii  ARM64_IMAGE_MAGIC       // Magic number
#ifdef CONFIG_EFI
    .long   pe_header - _head       // Offset to the PE header.

这也是未压缩内核镜像的第一个字节。

这两种情况都跳转到 stext 开始“真正的” Action 。

如评论中所述，这两条指令是记录在案的 header 的前 64 个字节，描述于:https://github.com/cirosantilli/linux/blob/v5.7/Documentation/arm64/booting.rst#4-call-the-kernel-image

arm64 第一个启用 MMU 的指令:__primary_switched

我认为是__primary_switched in head.S :

/*
 * The following fragment of code is executed with the MMU enabled.
 *
 *   x0 = __PHYS_OFFSET
 */
__primary_switched:

此时，内核似乎正在创建页表 + 可能会重新定位自身，以便 PC 地址与 vmlinux ELF 文件的符号相匹配。因此，此时您应该能够在 GDB 中看到有意义的函数名称，而无需额外的魔法。

arm64 辅助 CPU 入口点

secondary_holding_pen 定义于:https://github.com/cirosantilli/linux/blob/v5.7/arch/arm64/kernel/head.S#L691

进入程序进一步描述:https://github.com/cirosantilli/linux/blob/v5.7/arch/arm64/kernel/head.S#L691