c - 对 __read_moSTLy、__init、__exit 宏的很好解释

Question

__read_moSTLy 的宏展开:

#define __read_mostly __attribute__((__section__(".data..read_mostly"))

这个来自cache.h

__初始化:

#define __init          __section(.init.text) __cold notrace

来自 init.h

__退出:

#define __exit          __section(.exit.text) __exitused __cold notrace

在网上搜索后，我没有找到任何好的解释那里发生了什么。

附加问题:我听说过各种“链接器魔法”受雇于内核开发。任何信息关于这将是美好的。

我对这些宏的作用有一些想法。像__init 应该表示函数代码可以在初始化后移除。 __read_moSTLy 用于指示数据很少写入，从而最大限度地减少缓存未命中。但我不知道他们是怎么做到的。我的意思是它们是 gcc 扩展。所以理论上它们可以通过小的用户态 C 代码来演示。

更新 1:

我尝试用任意节名称测试 __section__。测试代码:

#include <stdio.h>

#define __read_mostly __attribute__((__section__("MY_DATA")))

struct ro {
    char a;
    int b;
    char * c;
};

struct ro my_ro  __read_mostly = {
    .a = 'a',
    .b = 3,
    .c = NULL,
};


int main(int argc, char **argv) {
    printf("hello");
    printf("my ro %c %d %p \n", my_ro.a, my_ro.b, my_ro.c);
    return 0;
}

现在使用 __read_moSTLy 生成的汇编代码:

    .file   "ro.c"
.globl my_ro
    .section    MY_DATA,"aw",@progbits
    .align 16
    .type   my_ro, @object
    .size   my_ro, 16
my_ro:
    .byte   97
    .zero   3
    .long   3
    .quad   0
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "hello"
.LC1:
    .string "my ro %c %d %p \n"
    .text
.globl main
    .type   main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    pushq   %rbx
    subq    $24, %rsp
    movl    %edi, -20(%rbp)
    movq    %rsi, -32(%rbp)
    movl    $.LC0, %eax
    movq    %rax, %rdi
    movl    $0, %eax
    .cfi_offset 3, -24
    call    printf
    movq    my_ro+8(%rip), %rcx
    movl    my_ro+4(%rip), %edx
    movzbl  my_ro(%rip), %eax
    movsbl  %al, %ebx
    movl    $.LC1, %eax
    movl    %ebx, %esi
    movq    %rax, %rdi
    movl    $0, %eax
    call    printf
    movl    $0, %eax
    addq    $24, %rsp
    popq    %rbx
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (GNU) 4.4.6 20110731 (Red Hat 4.4.6-3)"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

现在没有 __read_moSTLy 宏，汇编代码或多或少保持不变。

这是区别

--- rm.S    2012-07-17 16:17:05.795771270 +0600
+++ rw.S    2012-07-17 16:19:08.633895693 +0600
@@ -1,6 +1,6 @@
    .file   "ro.c"
 .globl my_ro
-   .section    MY_DATA,"aw",@progbits
+   .data
    .align 16
    .type   my_ro, @object
    .size   my_ro, 16

所以基本上只创建了一个小节，没有什么特别的。

即使是 objdump disassmbly 也没有显示出任何区别。

所以我对它们的最终结论是，链接器的工作为标有特殊名称的数据部分做一些事情。我认为 linux 内核使用某种自定义的链接描述文件来实现这些事情。

关于 __read_moSTLy 的事情之一是，可以对放置在那里的数据进行分组和管理，从而减少缓存未命中。

lkml 的某人提交了一个补丁以删除 __read_moSTLy。这引发了一场关于 __read_moSTLy 优点和缺点的有趣讨论。

这是链接:https://lkml.org/lkml/2007/12/13/477

我将发布有关 __init 和 __exit 的进一步更新。

更新 2

这些宏 __init , __exit 和 __read_moSTLy 放置了 data 的内容(如果是 __read_moSTLy) 和 text(在 __init 和 __exit 的情况下)被放入自定义命名部分。这些部分由链接器使用。现在，由于各种原因，链接器未用作其默认行为，因此采用了链接器脚本来实现这些宏的目的。

可以找到如何使用自定义链接器脚本消除死代码(链接器链接到但从未执行过的代码)的背景。这个问题在嵌入式场景中非常重要。本文档讨论了如何微调链接器脚本以删除无用代码:elinux.org/images/2/2d/ELC2010-gc-sections_Denys_Vlasenko.pdf

如果是内核，可以找到初始链接描述文件 include/asm-generic/vmlinux.lds.h。这不是最终剧本。这是一种起点，链接器脚本针对不同平台进行了进一步修改。

快速浏览一下这个文件，可以立即找到感兴趣的部分:

#define READ_MOSTLY_DATA(align)                     \
    . = ALIGN(align);                       \
    *(.data..read_mostly)                       \
    . = ALIGN(align);

这部分似乎使用了“.data..readmoSTLy”部分。

您还可以找到 __init 和 __exit 部分相关的链接器命令:

#define INIT_TEXT                           \
    *(.init.text)                           \
    DEV_DISCARD(init.text)                      \
    CPU_DISCARD(init.text)                      \
    MEM_DISCARD(init.text)

#define EXIT_TEXT                           \
    *(.exit.text)                           \
    DEV_DISCARD(exit.text)                      \
    CPU_DISCARD(exit.text)                      \
    MEM_DISCARD(exit.text)

链接似乎是一件很复杂的事情:)

Answer 1

GCC attributes是一种向编译器提供语言本身规范之外的指令的通用机制。

您列出的宏的常用功能是使用 __section__ attribute描述为:

The section attribute specifies that a function lives in a particular section. For example, the declaration:

extern void foobar (void) __attribute__ ((section ("bar")));

puts the function foobar in the bar section.

那么把一些东西放在一个部分里是什么意思呢？目标文件分为几个部分:.text 用于可执行机器代码，.data 用于读写数据，.rodata 用于只读data, .bss 用于初始化为零的数据等。这些部分的名称和用途是平台约定的问题，一些特殊部分只能使用 __attribute__ ( (section)) 语法。

在您的示例中，您可以猜测 .data..read_moSTLy 是 .data 的一个子部分，用于主要读取的数据； .init.text 是一个文本(机器码)段，在程序初始化等时候运行。

在 Linux 上，决定如何处理各个部分是内核的工作；当用户空间请求exec一个程序时，它将逐段读取程序图像并适本地处理它们:.data部分被映射为读写页面，.rodata为只读，.text为只读，等等。推测.init.text会在程序启动前执行；这可以由内核或放置在程序入口点的用户空间代码完成(我猜是后者)。

如果您想查看这些属性的效果，一个好的测试是使用 -S 选项运行 gcc 以输出汇编代码，其中将包含段指令。然后，您可以使用和不使用节指令运行汇编器，并使用 objdump 或什至十六进制转储生成的目标文件以查看它有何不同。