linux kernel的cmdline参数解析原理分析
Kernel 版本号:3.4.55
Kernel启动时会解析cmdline,然后根据这些参数如console root来进行配置运行。
Cmdline是由bootloader传给kernel,如uboot,将需要传给kernel的参数做成一个tags链表放在ram中,将首地址传给kernel,kernel解析tags来获取cmdline等信息。
Uboot传参给kernel以及kernel如何解析tags可以看我的另一篇博文,链接如下:
http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/35787971
依据我的思路(时间顺序,如何开始,如何结束),首先看kernel下2种参数的注册。
第一种是kernel通用参数,如console=ttyS0,115200 root=/rdinit/init等。这里以console为例。
第二种是kernel下各个driver中需要的参数,在写driver中,如果需要一些启动时可变参数。可以在driver最后加入module_param()来注册一个参数,kernel启动时由cmdline指定该参数的值。
这里以drivers/usb/gadget/serial.c中的use_acm参数为例(这个例子有点偏。。因为最近在调试usb虚拟串口)
一 kernel通用参数
对于这类通用参数,kernel留出单独一块data段,叫.ini.setup段。在arch/arm/kernel/vmlinux.lds中:
<span style="font-size:14px;">.init.data : { *(.init.data) *(.cpuinit.data) *(.meminit.data) *(.init.rodata) *(.cpuinit.rodata) *(.meminit.rodata) . = ALIGN(32); __dtb_star <span style="color:#333333;background-color: rgb(255, 255, 0);"> . = ALIGN(16); __setup_start = .; *(.init.setup) __setup_end = .;</span> __initcall_start = .; *(.initcallearly.init) __initcall0_start = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) __initcall1_start = __con_initcall_start = .; *(.con_initcall.init) __con_initcall_end = .; __security_initcall_start = .; *(.security_initcall.init) __security_initcall_end = .; . = ALIGN(4); __initramfs_start = .; *(.init.ramfs) . = ALIGN(8); *(.init.ramfs.info) }</span>
可以看到init.setup段起始__setup_start和结束__setup_end。
.init.setup段中存放的就是kernel通用参数和对应处理函数的映射表。在include/linux/init.h中
<span style="font-size:14px;">struct obs_kernel_param { const char *str; int (*setup_func)(char *); int early; }; /* * Only for really core code. See moduleparam.h for the normal way. * * Force the alignment so the compiler doesn't space elements of the * obs_kernel_param "array" too far apart in .init.setup. */ #define __setup_param(str, unique_id, fn, early) static const char __setup_str_##unique_id[] __initconst __aligned(1) = str; static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id __used __section(.init.setup) __attribute__((aligned((sizeof(long))))) = { __setup_str_##unique_id, fn, early } #define __setup(str, fn) __setup_param(str, fn, fn, 0) /* NOTE: fn is as per module_param, not __setup! Emits warning if fn * returns non-zero. */ #define early_param(str, fn) __setup_param(str, fn, fn, 1)</span>
可以看出宏定义__setup以及early_param定义了obs_kernel_param结构体,该结构体存放参数和对应处理函数,存放在.init.setup段中。
可以想象,如果多个文件中调用该宏定义,在链接时就会根据链接顺序将定义的obs_kernel_param放到.init.setup段中。
以console为例,在/kernel/printk.c中,如下:
<span style="font-size:14px;">static int __init console_setup(char *str) { ....... } __setup("console=", console_setup);</span>
__setup宏定义展开,如下:
<span style="font-size:14px;">Static struct obs_kernel_param __setup_console_setup __used_section(.init.setup) __attribute__((aligned((sizeof(long)))) = { .name = “console=”, .setup_func = console_setup, .early = 0 }</span>
__setup_console_setup编译时就会链接到.init.setup段中,kernel运行时就会根据cmdline中的参数名与.init.setup段中obs_kernel_param的name对比。
匹配则调用console-setup来解析该参数,console_setup的参数就是cmdline中console的值,这是后面参数解析的大体过程了。
二 driver自定义参数
对于driver自定义参数,kernel留出rodata段一部分,叫__param段,在arch/arm/kernel/vmlinux.lds中,如下:
<span style="font-size:14px;">__param : AT(ADDR(__param) - 0) { __start___param = .; *(__param) __stop___param = .; }</span>
该段放在.rodata段中。
那该段中存放的是什么样的数据呢?
Driver中使用module_param来注册参数,跟踪这个宏定义,最终就会找到对__param段的操作函数如下:
<span style="font-size:14px;">/* This is the fundamental function for registering boot/module parameters. */ #define __module_param_call(prefix, name, ops, arg, perm, level) /* Default value instead of permissions? */ static int __param_perm_check_##name __attribute__((unused)) = BUILD_BUG_ON_ZERO((perm) < 0 || (perm) > 0777 || ((perm) & 2)) + BUILD_BUG_ON_ZERO(sizeof(""prefix) > MAX_PARAM_PREFIX_LEN); static const char __param_str_##name[] = prefix #name; static struct kernel_param __moduleparam_const __param_##name __used __attribute__ ((unused,__section__ ("__param"),aligned(sizeof(void *)))) = { __param_str_##name, ops, perm, level, { arg } } ........ #define module_param(name, type, perm) module_param_named(name, name, type, perm) #define module_param_named(name, value, type, perm) param_check_##type(name, &(value)); module_param_cb(name, ¶m_ops_##type, &value, perm); __MODULE_PARM_TYPE(name, #type) #define module_param_cb(name, ops, arg, perm) __module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, name, ops, arg, perm, -1)</span>
以driver/usb/gadget/serial.c中的use_acm为例,如下:
<span style="font-size:14px;">static bool use_acm = true; module_param(use_acm, bool, 0);</span>
Module_param展开到__module_param_call,如下:
<span style="font-size:14px;">Static bool use_acm = true; Param_check_bool(use_acm, &(use_acm)); __module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, use_acm, ¶m_ops_bool, &(use_acm, 0, -1)); __MODULE_PARAM_TYPE(use_acm, bool);</span>
将__module_param_call展开,可以看到是定义了结构体kernel_param,如下:
<span style="font-size:14px;">Static struct kernel_param __moduleparam_const __param_use_acm __used __attribute__ ((unused,__section__ ("__param"),aligned(sizeof(void *)))) = { .name = MODULE_PARAM_PREFIX#use_acm, .ops = ¶m_ops_bool, .Perm=0, .level = -1. .arg = &use_acm }</span>
很清楚,跟.init.setup段一样,kernel链接时会根据链接顺序将定义的kernel_param放在__param段中。
Kernel_param有3个成员变量需要注意:
(1)
ops=param_ops_bool,是kernel_param_ops结构体,定义如下:
struct kernel_param_ops param_ops_bool = { .set = param_set_bool, .get = param_get_bool, };
这2个成员函数分别去设置和获取参数值
在kernel/param.c中可以看到kernel默认支持的driver参数类型有bool byte short ushort int uint long ulong string(字符串) charp(字符串指针)array等。
对于默认支持的参数类型,param.c中提供了kernel_param_ops来处理相应类型的参数。
(2)
Arg = &use_acm,宏定义展开,可以看到arg中存放use_acm的地址。参数设置函数param_set_bool(const char *val, const struct kernel_param *kp)
将val值设置到kp->arg地址上,也就是改变了use_acm的值,从而到达传递参数的目的。
(3)
.name=MODULE_PARAM_PREFIX#use_acm,定义了该kernel_param的name。
MODULE_PARAM_PREFIX非常重要,定义在include/linux/moduleparam.h中:
* You can override this manually, but generally this should match the module name. */ #ifdef MODULE #define MODULE_PARAM_PREFIX /* empty */ #else #define MODULE_PARAM_PREFIX KBUILD_MODNAME "." #endif
如果我们是模块编译(make modules),则MODULE_PARAM_PREFIX为empty。
在模块传参时,参数名为use_acm,如insmod g_serial.ko use_acm=0
正常编译kernel,MODULE_PARAM_PREFIX为模块名+”.”
所以这里将serial.c编入kernel,根据driver/usb/gadget/Makefile,如下:
g_serial-y := serial.o .... obj-$(CONFIG_USB_G_SERIAL) += g_serial.o
最终是生成g_serial.o,模块名为g_serial.ko。.name = g_serial.use_acm。
kernel传参时,该参数名为g_serial.use_acm
这样处理防止kernel下众多driver中出现重名的参数。
可以看出,对于module_param注册的参数,如果是kernel默认支持类型,kernel会提供参数处理函数。
如果不是kernel支持参数类型,则需要自己去实现param_ops##type了。
这个可以看drivers/video/uvesafb.c中的scroll参数的注册(又有点偏。。。无意间找到的)。
参数注册是在kernel编译链接时完成的(链接器将定义结构体放到.init.setup或__param中)
接下来需要分析kernel启动时如何对传入的cmdline进行分析。
三 kernel对cmdline的解析
根据我之前写的博文可知,start_kernel中setup_arch中解析tags获取cmdline,拷贝到boot_command_line中。我们接着往下看start_kernel。
调用setup_command_line,将cmdline拷贝2份,放在saved_command_line static_command_line。
下面调用parse_early_param(),如下:
<span style="font-size:14px;">void __init parse_early_options(char *cmdline) { parse_args("early options", cmdline, NULL, 0, 0, 0, do_early_param); } /* Arch code calls this early on, or if not, just before other parsing. */ void __init parse_early_param(void) { static __initdata int done = 0; static __initdata char tmp_cmdline[COMMAND_LINE_SIZE]; if (done) return; /* All fall through to do_early_param. */ strlcpy(tmp_cmdline, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE); parse_early_options(tmp_cmdline); done = 1; } Parse_early_param拷贝cmdline到tmp_cmdline中一份,最终调用parse_args,如下: /* Args looks like "foo=bar,bar2 baz=fuz wiz". */ int parse_args(const char *name, char *args, const struct kernel_param *params, unsigned num, s16 min_level, s16 max_level, int (*unknown)(char *param, char *val)) { char *param, *val; pr_debug("Parsing ARGS: %s\n", args); /* Chew leading spaces */ args = skip_spaces(args); while (*args) { int ret; int irq_was_disabled; args = next_arg(args, ¶m, &val); irq_was_disabled = irqs_disabled(); ret = parse_one(param, val, params, num, min_level, max_level, unknown); if (irq_was_disabled && !irqs_disabled()) { printk(KERN_WARNING "parse_args(): option '%s' enabled " "irq's!\n", param); } switch (ret) { case -ENOENT: printk(KERN_ERR "%s: Unknown parameter `%s'\n", name, param); return ret; case -ENOSPC: printk(KERN_ERR "%s: `%s' too large for parameter `%s'\n", name, val ?: "", param); return ret; case 0: break; default: printk(KERN_ERR "%s: `%s' invalid for parameter `%s'\n", name, val ?: "", param); return ret; } } /* All parsed OK. */ return 0; } ..... void __init parse_early_options(char *cmdline) { parse_args("early options", cmdline, NULL, 0, 0, 0, do_early_param); }</span>
Parse_args遍历cmdline,按照空格切割获取参数,对所有参数调用next_arg获取参数名param和参数值val。如console=ttyS0,115200,则param=console,val=ttyS0,115200。调用parse_one。如下:
<span style="font-size:14px;">static int parse_one(char *param, char *val, const struct kernel_param *params, unsigned num_params, s16 min_level, s16 max_level, int (*handle_unknown)(char *param, char *val)) { unsigned int i; int err; /* Find parameter */ for (i = 0; i < num_params; i++) { if (parameq(param, params[i].name)) { if (params[i].level < min_level || params[i].level > max_level) return 0; /* No one handled NULL, so do it here. */ if (!val && params[i].ops->set != param_set_bool && params[i].ops->set != param_set_bint) return -EINVAL; pr_debug("They are equal! Calling %p\n", params[i].ops->set); mutex_lock(¶m_lock); err = params[i].ops->set(val, ¶ms[i]); mutex_unlock(¶m_lock); return err; } } if (handle_unknown) { pr_debug("Unknown argument: calling %p\n", handle_unknown); return handle_unknown(param, val); } pr_debug("Unknown argument `%s'\n", param); return -ENOENT; }</span>
由于从parse_early_options传入的num_params=0,所以parse_one是直接走的最后handle_unknown函数。该函数是由parse-early_options传入的do_early_param。如下:
<span style="font-size:14px;">static int __init do_early_param(char *param, char *val) { const struct obs_kernel_param *p; for (p = __setup_start; p < __setup_end; p++) { if ((p->early && parameq(param, p->str)) || (strcmp(param, "console") == 0 && strcmp(p->str, "earlycon") == 0) ) { if (p->setup_func(val) != 0) printk(KERN_WARNING "Malformed early option '%s'\n", param); } } /* We accept everything at this stage. */ return 0; }</span>
Do_early_param遍历.init.setup段,如果有obs_kernel_param的early为1,或cmdline中有console参数并且obs_kernel_param有earlycon参数,则会调用该obs_kernel_param的setup函数来解析参数。
Do_early_param会对cmdline中优先级较高的参数进行解析。我翻了下kernel源码找到一个例子,就是arch/arm/kernel/early_printk.c,利用cmdline参数earlyprintk来注册最早的一个console,有兴趣大家可以参考下。
如果想kernel启动中尽早打印输出,方便调试,可以注册str为earlycon的obs_kernel_param。
在其setup参数处理函数中register_console,注册一个早期的console,从而是printk信息正常打印,这个在后面我还会总结一篇kernel打印机制来说这个问题。
do_early_param是为kernel中需要尽早配置的功能(如earlyprintk earlycon)做cmdline的解析。
Do_early_param就说道这里,该函数并没有处理我们经常使用的kernel通用参数和driver自定义参数。接着往下看。代码如下:
<span style="font-size:14px;"> setup_arch(&command_line); mm_init_owner(&init_mm, &init_task); mm_init_cpumask(&init_mm); setup_command_line(command_line); setup_nr_cpu_ids(); setup_per_cpu_areas(); smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */ build_all_zonelists(NULL); page_alloc_init(); printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s\n", boot_command_line); parse_early_param(); parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param, __stop___param - __start___param, -1, -1, &unknown_bootoption);</span>
Parse_early_param结束后,start_kernel调用了parse_args。这次调用,不像parse_early_param中调用parse_args那样kernel_param指针都为NULL,而是指定了.__param段。
回到上面看parse_args函数,params参数为.__param段起始地址,num为kernel_param个数。
Min_level,max_level都为-1.unknown=unknown_bootoption
Parse_args还是像之前那样,遍历cmdline,分割获取每个参数的param和val,对每个参数调用parse_one。
回看Parse_one函数源码:
(1)parse_one首先会遍历.__param段中所有kernel_param,将其name与参数的param对比,同名则调用该kernel_param成员变量kernel_param_ops的set方法来设置参数值。
联想前面讲driver自定义参数例子use_acm,cmdline中有参数g_serial.use_acm=0,则在parse_one中遍历匹配在serial.c中注册的__param_use_acm,调用param_ops_bool的set函数,从而设置use_acm=0.
(2)如果parse_args传给parse_one是kernel通用参数,如console=ttyS0,115200。则parse_one前面遍历.__param段不会找到匹配的kernel_param。就走到后面调用handle_unknown。就是parse_args传来的unknown_bootoption,代码如下:
<span style="font-size:14px;">/* * Unknown boot options get handed to init, unless they look like * unused parameters (modprobe will find them in /proc/cmdline). */ static int __init unknown_bootoption(char *param, char *val) { repair_env_string(param, val); /* Handle obsolete-style parameters */ if (obsolete_checksetup(param)) return 0; /* Unused module parameter. */ if (strchr(param, '.') && (!val || strchr(param, '.') < val)) return 0; if (panic_later) return 0; if (val) { /* Environment option */ unsigned int i; for (i = 0; envp_init[i]; i++) { if (i == MAX_INIT_ENVS) { panic_later = "Too many boot env vars at `%s'"; panic_param = param; } if (!strncmp(param, envp_init[i], val - param)) break; } envp_init[i] = param; } else {</span>
<span style="font-size:14px;"> /* Command line option */ unsigned int i; for (i = 0; argv_init[i]; i++) { if (i == MAX_INIT_ARGS) { panic_later = "Too many boot init vars at `%s'"; panic_param = param; } } argv_init[i] = param; } return 0; }</span>
首先repair_env_string会将param val重新组合为param=val形式。
Obsolete_checksetup则遍历-init_setup段所有obs_kernel_param,如有param->str与param匹配,则调用param_>setup进行参数值配置。
这里需要注意的一点是repair_env_string将param重新拼成了param=val形式。后面遍历匹配都是匹配的”param=”而不是“param”。
如之前分析kernel通用参数所举例子,__setup(“console=”, console_setup)。
Console=ttyS0,115200,obsolete_checksetup是匹配前面console=,如果匹配,则跳过console=,获取到其值ttyS0,115200,调用其具体的setup函数来解析设置参数值。
可以想象,parse_one对于parse_args传来的每一个cmdline参数都会将.__param以及-init.setup段遍历匹配,匹配到str或name一致,则调用其相应的set或setup函数进行参数值解析或设置。
Start_kernel中Parse_args结束,kernel的cmdline就解析完成!
总结下kernel的参数解析:
(1)kernel编译链接,利用.__param .init.setup段将kernel所需参数(driver及通用)和对应处理函数的映射表(obs_kernel_param kernel_param结构体)存放起来。
(2)Kernel启动,do_early_param处理kernel早期使用的参数(如earlyprintk earlycon)
(3)parse_args对cmdline每个参数都遍历__param .init.setup进行匹配,匹配成功,则调用对应处理函数进行参数值的解析和设置。
还有一点很值得思考,kernel下对于这种映射处理函数表方式还有很多使用。比如之前博文中uboot传参给kernel,kernel对于不同tags的处理函数也是以该种方式来映射的。
kernel下driver私有结构体的回调处理函数也有这个思想哇!
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