Linux驱动修炼之道-驱动中一些常见的宏

努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品，为梦而战。转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/06/02/6462065.aspx

本文档讲解一下驱动中常用的宏，下边一个一个来说，先声明我使用的内核是Linux2.6.30.4。
Linux在arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds中定义了.init段，当内核启动完毕，这个段中的内存会被释放掉供其他使用，vmlinux.lds部分内容如下：

OUTPUT_ARCH(arm) 
ENTRY(stext) 
jiffies = jiffies_64; 
SECTIONS 
{ 
 . = 0xC0000000 + 0x00008000; 
 .text.head : { 
  _stext = .; 
  _sinittext = .; 
  *(.text.head) 
 } 
 .init : { /* Init code and data		*/ 
   *(.init.text) *(.cpuinit.text) *(.meminit.text) 
  _einittext = .; 
  __proc_info_begin = .; 
   *(.proc.info.init) 
  __proc_info_end = .; 
  __arch_info_begin = .; 
   *(.arch.info.init) 
  __arch_info_end = .; 
  __tagtable_begin = .; 
   *(.taglist.init) 
  __tagtable_end = .; 
  . = ALIGN(16); 
  __setup_start = .; 
   *(.init.setup) 
  __setup_end = .; 
  __early_begin = .; 
   *(.early_param.init) 
  __early_end = .; 
  __initcall_start = .; 
   *(.initcallearly.init) __early_initcall_end = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) *(.initcall1.init) *(.initcall1s.init) *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) *(.initcall3.init) *(.initcall3s.init) *(.initcall4.init) *(.initcall4s.init) *(.initcall5.init) *(.initcall5s.init) *(.initcallrootfs.init) *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) *(.initcall7.init) *(.initcall7s.init) 
  __initcall_end = .; 
  __con_initcall_start = .; 
   *(.con_initcall.init) 
  __con_initcall_end = .; 
  __security_initcall_start = .; 
   *(.security_initcall.init) 
  __security_initcall_end = .; 
  . = ALIGN(32); 
  __initramfs_start = .; 
   usr/built-in.o(.init.ramfs) 
  __initramfs_end = .; 
  . = ALIGN(4096); 
  __per_cpu_load = .; 
  __per_cpu_start = .; 
   *(.data.percpu.page_aligned) 
   *(.data.percpu) 
   *(.data.percpu.shared_aligned) 
  __per_cpu_end = .; 
  __init_begin = _stext; 
  *(.init.data) *(.cpuinit.data) *(.cpuinit.rodata) *(.meminit.data) *(.meminit.rodata) 
  . = ALIGN(4096); 
  __init_end = .; 
 } 
 /DISCARD/ : { /* Exit code and data		*/ 
  *(.exit.text) *(.cpuexit.text) *(.memexit.text) 
  *(.exit.data) *(.cpuexit.data) *(.cpuexit.rodata) *(.memexit.data) *(.memexit.rodata) 
  *(.exitcall.exit) 
  *(.ARM.exidx.exit.text) 
  *(.ARM.extab.exit.text) 
 } 
 .text : { /* Real text segment		*/ 
  _text = .; /* Text and read-only data	*/ 
   __exception_text_start = .; 
   *(.exception.text) 
   __exception_text_end = .; 
   . = ALIGN(8); *(.text.hot) *(.text) *(.ref.text) *(.devinit.text) *(.devexit.text) *(.text.unlikely) 
   . = ALIGN(8); __sched_text_start = .; *(.sched.text) __sched_text_end = .; 
   . = ALIGN(8); __lock_text_start = .; *(.spinlock.text) __lock_text_end = .; 
   . = ALIGN(8); __kprobes_text_start = .; *(.kprobes.text) __kprobes_text_end = .; 
   *(.fixup) 
   *(.gnu.warning) 
   *(.rodata) 
   *(.rodata.*) 
   *(.glue_7) 
   *(.glue_7t) 
  *(.got) /* Global offset table		*/ 
 } 
 . = ALIGN((4096)); .rodata : AT(ADDR(.rodata) - 0) { __start_rodata = .; *(.rodata) *(.rodata.*) *(__vermagic) *(__markers_strings) *(__tracepoints_strings) } .rodata1 : AT(ADDR(.rodata1) - 0) { *(.rodata1) } .pci_fixup : AT(ADDR(.pci_fixup) - 0) { __start_pci_fixups_early = .; *(.pci_fixup_early) __end_pci_fixups_early = .; __start_pci_fixups_header = .; *(.pci_fixup_header) __end_pci_fixups_header = .; __start_pci_fixups_final = .; *(.pci_fixup_final) __end_pci_fixups_final = .; __start_pci_fixups_enable = .; *(.pci_fixup_enable) __end_pci_fixups_enable = .; __start_pci_fixups_resume = .; *(.pci_fixup_resume) __end_pci_fixups_resume = .; __start_pci_fixups_resume_early = .; *(.pci_fixup_resume_early) __end_pci_fixups_resume_early = .; __start_pci_fixups_suspend = .; *(.pci_fixup_suspend) __end_pci_fixups_suspend = .; } .builtin_fw : AT(ADDR(.builtin_fw) - 0) { __start_builtin_fw = .; *(.builtin_fw) __end_builtin_fw = .; } .rio_route : AT(ADDR(.rio_route) - 0) { __start_rio_route_ops = .; *(.rio_route_ops) __end_rio_route_ops = .; } __ksymtab : AT(ADDR(__ksymtab) - 0) { __start___ksymtab = .; *(__ksymtab) __stop___ksymtab = .; } __ksymtab_gpl : AT(ADDR(__ksymtab_gpl) - 0) { __start___ksymtab_gpl = .; *(__ksymtab_gpl) __stop___ksymtab_gpl = .; } __ksymtab_unused : AT(ADDR(__ksymtab_unused) - 0) { __start___ksymtab_unused = .; *(__ksymtab_unused) __stop___ksymtab_unused = .; } __ksymtab_unused_gpl : AT(ADDR(__ksymtab_unused_gpl) - 0) { __start___ksymtab_unused_gpl = .; *(__ksymtab_unused_gpl) __stop___ksymtab_unused_gpl = .; } __ksymtab_gpl_future : AT(ADDR(__ksymtab_gpl_future) - 0) { __start___ksymtab_gpl_future = .; *(__ksymtab_gpl_future) __stop___ksymtab_gpl_future = .; } __kcrctab : AT(ADDR(__kcrctab) - 0) { __start___kcrctab = .; *(__kcrctab) __stop___kcrctab = .; } __kcrctab_gpl : AT(ADDR(__kcrctab_gpl) - 0) { __start___kcrctab_gpl = .; *(__kcrctab_gpl) __stop___kcrctab_gpl = .; } __kcrctab_unused : AT(ADDR(__kcrctab_unused) - 0) { __start___kcrctab_unused = .; *(__kcrctab_unused) __stop___kcrctab_unused = .; } __kcrctab_unused_gpl : AT(ADDR(__kcrctab_unused_gpl) - 0) { __start___kcrctab_unused_gpl = .; *(__kcrctab_unused_gpl) __stop___kcrctab_unused_gpl = .; } __kcrctab_gpl_future : AT(ADDR(__kcrctab_gpl_future) - 0) { __start___kcrctab_gpl_future = .; *(__kcrctab_gpl_future) __stop___kcrctab_gpl_future = .; } __ksymtab_strings : AT(ADDR(__ksymtab_strings) - 0) { *(__ksymtab_strings) } __init_rodata : AT(ADDR(__init_rodata) - 0) { *(.ref.rodata) *(.devinit.rodata) *(.devexit.rodata) } __param : AT(ADDR(__param) - 0) { __start___param = .; *(__param) __stop___param = .; . = ALIGN((4096)); __end_rodata = .; } . = ALIGN((4096)); 
 _etext = .; /* End of text and rodata section */ 
 /* 
	 * Stack unwinding tables 
	 */ 
 . = ALIGN(8); 
 .ARM.unwind_idx : { 
  __start_unwind_idx = .; 
  *(.ARM.exidx*) 
  __stop_unwind_idx = .; 
 } 
 .ARM.unwind_tab : { 
  __start_unwind_tab = .; 
  *(.ARM.extab*) 
  __stop_unwind_tab = .; 
 } 
 . = ALIGN(8192); 
 __data_loc = .; 
 .data : AT(__data_loc) { 
  _data = .; /* address in memory */ 
  /* 
		 * first, the init task union, aligned 
		 * to an 8192 byte boundary. 
		 */ 
  *(.data.init_task) 
  . = ALIGN(4096); 
  __nosave_begin = .; 
  *(.data.nosave) 
  . = ALIGN(4096); 
  __nosave_end = .; 
  /* 
		 * then the cacheline aligned data 
		 */ 
  . = ALIGN(32); 
  *(.data.cacheline_aligned) 
  /* 
		 * The exception fixup table (might need resorting at runtime) 
		 */ 
  . = ALIGN(32); 
  __start___ex_table = .; 
  *(__ex_table) 
  __stop___ex_table = .; 
  /* 
		 * and the usual data section 
		 */ 
  *(.data) *(.ref.data) *(.devinit.data) *(.devexit.data) . = ALIGN(8); __start___markers = .; *(__markers) __stop___markers = .; . = ALIGN(32); __start___tracepoints = .; *(__tracepoints) __stop___tracepoints = .; . = ALIGN(8); __start___verbose = .; *(__verbose) __stop___verbose = .; 
  CONSTRUCTORS 
  _edata = .; 
 } 
 _edata_loc = __data_loc + SIZEOF(.data); 
 .bss : { 
  __bss_start = .; /* BSS				*/ 
  *(.bss) 
  *(COMMON) 
  _end = .; 
 } 
     /* Stabs debugging sections.	*/ 
 .stab 0 : { *(.stab) } 
 .stabstr 0 : { *(.stabstr) } 
 .stab.excl 0 : { *(.stab.excl) } 
 .stab.exclstr 0 : { *(.stab.exclstr) } 
 .stab.index 0 : { *(.stab.index) } 
 .stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr) } 
 .comment 0 : { *(.comment) } 
} 
/* 
 * These must never be empty 
 * If you have to comment these two assert statements out, your 
 * binutils is too old (for other reasons as well) 
 */ 
ASSERT((__proc_info_end - __proc_info_begin), "missing CPU support") 
ASSERT((__arch_info_end - __arch_info_begin), "no machine record defined")

一：
只要你写过模块程序hello world就对__init,__exit不会陌生，他们定义在include/linux/init.h中：

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

__cold在include/linux/compiler-gcc4.h中定义:

#define __cold __attribute__((__cold__))

所以 #define __init __section(.init.text) __cold notrace等价于#define __init __attribute__((__section(.init.text)))
__atrribute__是一个GNU C扩展，它主要用来声明一些特殊的属性，这些属性主要用来指示编译器进行特定方面的优化和更仔细的代码检查。GNU支持几十个属性，section是其中的一个。通常编译器将函数放在.text节，变量放在.data节或.bss节，使用section属性，可以让编译器将函数或变量放在指定的节中。那么前面对__init的定义便表示将它修饰的代码放在.init.text节。连接器可以把相同节的代码或数据安排在一起，比如__init修饰的所有代码都会被放在.init.text节里，初始化结束后就可以释放这部分内存。一般在程序的结尾都会有一句，例如module_init(hello_init);hello_init就是那个被__init修饰的模块初始化函数，在insmod的时候会调用module_init中的函数。__exit是在模块卸载时相应的内存释放。
下边说一下__initdata，这个我在DMA的源码中看到过,定义在include/linux/init.h中:

#define __initdata _section(.init.data)

看上边的vmlinux.lds，__initdata段也在.init段中，说明初始化后他所修饰的函数占用的内存后会被释放掉。
在阅读RTC源码时遇到的__devinit，__devexit。在include/linux/init.h中定义：

#define __devinit __section(.devinit.text) __cold
#define __devexit __section(.devexit.text) __exitused __cold

整个.init段释放memory的大小会在系统启动过程中打印出来：

二：
subsys_initcall定义在include/linux/init.h中，定义如下：

#define subsys_initcall(fn)	__define_initcall("4",fn,4)

这里出现了一个宏__define_initcall，他用于将指定的函数指针放到initcall.init节里，而对于具体的subsys_initcall宏，则是把fn放到.initcall.init的子节.initcall.init里。看上边vmlinux.lds这一部分：

  __initcall_start = .; 
   *(.initcallearly.init) __early_initcall_end = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) *(.initcall1.init) *(.initcall1s.init) *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) *(.initcall3.init) *(.initcall3s.init) *(.initcall4.init) *(.initcall4s.init) *(.initcall5.init) *(.initcall5s.init) *(.initcallrootfs.init) *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) *(.initcall7.init) *(.initcall7s.init) 
  __initcall_end = .;

这里__initcall_start指向.initcall.init节的开始，__initcall_end指向它的结尾。而.initcall.init节又被分为几个子节。这个subsys_initcall宏便是将指定的函数指针放在了.initcall4.init子节。

三：
__attribute__((packed));比如下边这个结构体(在include/linux/usb/ch9.h中定义)：

struct usb_interface_descriptor {
	__u8  bLength;
	__u8  bDescriptorType;
	__u8  bInterfaceNumber;
	__u8  bAlternateSetting;
	__u8  bNumEndpoints;
	__u8  bInterfaceClass;
	__u8  bInterfaceSubClass;
	__u8  bInterfaceProtocol;
	__u8  iInterface;
} __attribute__ ((packed));

这里的__attribute__ ((packed))告诉编译器，这个结构的元素都是1字节对齐的，不要再添加填充位了。如果不给编译器这个暗示，编译器就会依据你的平台类型在结构的每个元素之间添加一定的填充位。

四：

#define likely(x) __builtin_expect(!!(x),1)
#define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x),0)

__builtin_expect是GCC里内建的一个函数:

long __builtin_expect(long exp, long c)

它的第一个参数exp为一个整型的表达式，返回值也是这个exp，它的第二个参数c的值必须是一个编译器的常量，那这个内建函数的意思就是exp的预期值为c，编译器可以根据这个信息适当的重排条件语句块的顺序，将符合这个条件的分支放在合适的地方。对于unlikely(x)就是告诉编译器x发生的可能性不大，那么这个条件块里语句的目标码可能就会被放到一个比较远的位置，以保证经常执行的目标码更紧凑，而likely相反。也就是说，如果你觉得if条件为1的可能性非常大时，可以在条件表达式外面包装一个likely()，如果可能性非常小，则用unlikely()包装。

五：

container_of(pointer,type,member); 

我们可以通过一个叫container_of的宏反查member所在的数据结构。比如：

struct A_t{
    int a;
    int b;
};
struct A_t A;
int *b_p = &(A.b);

使用如下方法可以从数据结构的一个元素出发，得到整个数据结构的指针。

struct A_t * A_p = container_of(b_p, struct A_t, b);