linux kernel的cmdline参数解析原理分析【转】

转自：https://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/41142801

版权声明：本文为博主kerneler辛苦原创，未经允许不得转载。 https://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/41142801

利用工作之便，今天研究了kernel下cmdline参数解析过程，记录在此，与大家共享，转载请注明出处，谢谢。

 

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

 

今天要分析的是kernel在获取到cmdline之后如何对cmdline进行解析。
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：

 

1.  
   .init.data : {
2.  
   *(.init.data) *(.cpuinit.data) *(.meminit.data) *(.init.rodata) *(.cpuinit.rodata) *(.meminit.rodata) . = ALIGN(32); __dtb_star
3.  
   . = ALIGN(16); __setup_start = .; *(.init.setup) __setup_end = .;
4.  
   __initcall_start = .; *(.initcallearly.init) __initcall0_start = .; *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) __initcall1_start =
5.  
   __con_initcall_start = .; *(.con_initcall.init) __con_initcall_end = .;
6.  
   __security_initcall_start = .; *(.security_initcall.init) __security_initcall_end = .;
7.  
   . = ALIGN(4); __initramfs_start = .; *(.init.ramfs) . = ALIGN(8); *(.init.ramfs.info)
8.  
   }

 

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

1.  
   struct obs_kernel_param {
2.  
   const char *str;
3.  
   int (*setup_func)(char *);
4.  
   int early;
5.  
   };
6.  
    
7.  
   /*
8.  
   * Only for really core code. See moduleparam.h for the normal way.
9.  
   *
10.  
    * Force the alignment so the compiler doesn't space elements of the
11.  
    * obs_kernel_param "array" too far apart in .init.setup.
12.  
    */
13.  
    #define __setup_param(str, unique_id, fn, early) \
14.  
    static const char __setup_str_##unique_id[] __initconst \
15.  
    __aligned(1) = str; \
16.  
    static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id \
17.  
    __used __section(.init.setup) \
18.  
    __attribute__((aligned((sizeof(long))))) \
19.  
    = { __setup_str_##unique_id, fn, early }
20.  
     
21.  
    #define __setup(str, fn) \
22.  
    __setup_param(str, fn, fn, 0)
23.  
    /* NOTE: fn is as per module_param, not __setup! Emits warning if fn
24.  
    * returns non-zero. */
25.  
    #define early_param(str, fn) \
26.  
    __setup_param(str, fn, fn, 1)

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：

1.  
   static int __init console_setup(char *str)
2.  
   {
3.  
   .......
4.  
   }
5.  
   __setup("console=", console_setup);

__setup宏定义展开，如下：

1.  
   Static struct obs_kernel_param __setup_console_setup
2.  
   __used_section(.init.setup) __attribute__((aligned((sizeof(long)))) = {
3.  
   .name = “console=”,
4.  
   .setup_func = console_setup,
5.  
   .early = 0
6.  
   }

__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：

 

__param : AT(ADDR(__param) - 0) { __start___param = .; *(__param) __stop___param = .; }

 

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：

1.  
   /* This is the fundamental function for registering boot/module
2.  
   parameters. */
3.  
   #define __module_param_call(prefix, name, ops, arg, perm, level) \
4.  
   /* Default value instead of permissions? */ \
5.  
   static int __param_perm_check_##name __attribute__((unused)) = \
6.  
   BUILD_BUG_ON_ZERO((perm) < 0 || (perm) > 0777 || ((perm) & 2)) \
7.  
   + BUILD_BUG_ON_ZERO(sizeof(""prefix) > MAX_PARAM_PREFIX_LEN); \
8.  
   static const char __param_str_##name[] = prefix #name; \
9.  
   static struct kernel_param __moduleparam_const __param_##name \
10.  
    __used \
11.  
    __attribute__ ((unused,__section__ ("__param"),aligned(sizeof(void *)))) \
12.  
    = { __param_str_##name, ops, perm, level, { arg } }
13.  
    ........
14.  
    #define module_param(name, type, perm) \
15.  
    module_param_named(name, name, type, perm)
16.  
     
17.  
    #define module_param_named(name, value, type, perm) \
18.  
    param_check_##type(name, &(value)); \
19.  
    module_param_cb(name, ¶m_ops_##type, &value, perm); \
20.  
    __MODULE_PARM_TYPE(name, #type)
21.  
     
22.  
    #define module_param_cb(name, ops, arg, perm) \
23.  
    __module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, name, ops, arg, perm, -1）

以driver/usb/gadget/serial.c中的use_acm为例，如下：

1.  
   static bool use_acm = true;
2.  
   module_param(use_acm, bool, 0);

Module_param展开到__module_param_call，如下：

1.  
   Static bool use_acm = true;
2.  
   Param_check_bool(use_acm, &(use_acm));
3.  
   __module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, use_acm, ¶m_ops_bool, &(use_acm, 0, -1));
4.  
   __MODULE_PARAM_TYPE(use_acm, bool);

将__module_param_call展开，可以看到是定义了结构体kernel_param，如下：

1.  
   Static struct kernel_param __moduleparam_const __param_use_acm
2.  
   __used __attribute__ ((unused,__section__ ("__param"),aligned(sizeof(void *)))) = {
3.  
   .name = MODULE_PARAM_PREFIX#use_acm,
4.  
   .ops = ¶m_ops_bool,
5.  
   .Perm=0,
6.  
   .level = -1.
7.  
   .arg = &use_acm
8.  
   }

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：

 

1.  
   struct kernel_param_ops param_ops_bool = {
2.  
   .set = param_set_bool,
3.  
   .get = param_get_bool,
4.  
   };

 

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：

 

1.  
   * You can override this manually, but generally this should match the
2.  
   module name. */
3.  
   #ifdef MODULE
4.  
   #define MODULE_PARAM_PREFIX /* empty */
5.  
   #else
6.  
   #define MODULE_PARAM_PREFIX KBUILD_MODNAME "."
7.  
   #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+”.”

如果我们在传参时不知道自己的模块名是什么，可以在自己的驱动中加打印，将MODULE_PARAM_PREFIX打印出来，来确定自己驱动的模块名。

所以这里将serial.c编入kernel，根据driver/usb/gadget/Makefile，如下：

 

1.  
   g_serial-y := serial.o
2.  
   ....
3.  
   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：

1.  
   void __init parse_early_options(char *cmdline)
2.  
   {
3.  
   parse_args("early options", cmdline, NULL, 0, 0, 0, do_early_param);
4.  
   }
5.  
    
6.  
   /* Arch code calls this early on, or if not, just before other parsing. */
7.  
   void __init parse_early_param(void)
8.  
   {
9.  
   static __initdata int done = 0;
10.  
    static __initdata char tmp_cmdline[COMMAND_LINE_SIZE];
11.  
     
12.  
    if (done)
13.  
    return;
14.  
     
15.  
    /* All fall through to do_early_param. */
16.  
    strlcpy(tmp_cmdline, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);
17.  
    parse_early_options(tmp_cmdline);
18.  
    done = 1;
19.  
    }
20.  
    Parse_early_param拷贝cmdline到tmp_cmdline中一份，最终调用parse_args，如下：
21.  
     
22.  
    /* Args looks like "foo=bar,bar2 baz=fuz wiz". */
23.  
    int parse_args(const char *name,
24.  
    char *args,
25.  
    const struct kernel_param *params,
26.  
    unsigned num,
27.  
    s16 min_level,
28.  
    s16 max_level,
29.  
    int (*unknown)(char *param, char *val))
30.  
    {
31.  
    char *param, *val;
32.  
     
33.  
    pr_debug("Parsing ARGS: %s\n", args);
34.  
     
35.  
    /* Chew leading spaces */
36.  
    args = skip_spaces(args);
37.  
     
38.  
    while (*args) {
39.  
    int ret;
40.  
    int irq_was_disabled;
41.  
     
42.  
    args = next_arg(args, ¶m, &val);
43.  
    irq_was_disabled = irqs_disabled();
44.  
    ret = parse_one(param, val, params, num,
45.  
    min_level, max_level, unknown);
46.  
    if (irq_was_disabled && !irqs_disabled()) {
47.  
    printk(KERN_WARNING "parse_args(): option '%s' enabled "
48.  
    "irq's!\n", param);
49.  
    }
50.  
    switch (ret) {
51.  
    case -ENOENT:
52.  
    printk(KERN_ERR "%s: Unknown parameter `%s'\n",
53.  
    name, param);
54.  
    return ret;
55.  
    case -ENOSPC:
56.  
    printk(KERN_ERR
57.  
    "%s: `%s' too large for parameter `%s'\n",
58.  
    name, val ?: "", param);
59.  
    return ret;
60.  
    case 0:
61.  
    break;
62.  
    default:
63.  
    printk(KERN_ERR
64.  
    "%s: `%s' invalid for parameter `%s'\n",
65.  
    name, val ?: "", param);
66.  
    return ret;
67.  
    }
68.  
    }
69.  
     
70.  
    /* All parsed OK. */
71.  
    return 0;
72.  
    }
73.  
    .....
74.  
    void __init parse_early_options(char *cmdline)
75.  
    {
76.  
    parse_args("early options", cmdline, NULL, 0, 0, 0, do_early_param);
77.  
    }

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：

1.  
   static int parse_one(char *param,
2.  
   char *val,
3.  
   const struct kernel_param *params,
4.  
   unsigned num_params,
5.  
   s16 min_level,
6.  
   s16 max_level,
7.  
   int (*handle_unknown)(char *param, char *val))
8.  
   {
9.  
   unsigned int i;
10.  
    int err;
11.  
     
12.  
    /* Find parameter */
13.  
    for (i = 0; i < num_params; i++) {
14.  
    if (parameq(param, params[i].name)) {
15.  
    if (params[i].level < min_level
16.  
    || params[i].level > max_level)
17.  
    return 0;
18.  
    /* No one handled NULL, so do it here. */
19.  
    if (!val && params[i].ops->set != param_set_bool
20.  
    && params[i].ops->set != param_set_bint)
21.  
    return -EINVAL;
22.  
    pr_debug("They are equal! Calling %p\n",
23.  
    params[i].ops->set);
24.  
    mutex_lock(¶m_lock);
25.  
    err = params[i].ops->set(val, ¶ms[i]);
26.  
    mutex_unlock(¶m_lock);
27.  
    return err;
28.  
    }
29.  
    }
30.  
     
31.  
    if (handle_unknown) {
32.  
    pr_debug("Unknown argument: calling %p\n", handle_unknown);
33.  
    return handle_unknown(param, val);
34.  
    }
35.  
     
36.  
    pr_debug("Unknown argument `%s'\n", param);
37.  
    return -ENOENT;
38.  
    }

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：

1.  
   static int __init do_early_param(char *param, char *val)
2.  
   {
3.  
   const struct obs_kernel_param *p;
4.  
    
5.  
   for (p = __setup_start; p < __setup_end; p++) {
6.  
   if ((p->early && parameq(param, p->str)) ||
7.  
   (strcmp(param, "console") == 0 &&
8.  
   strcmp(p->str, "earlycon") == 0)
9.  
   ) {
10.  
    if (p->setup_func(val) != 0)
11.  
    printk(KERN_WARNING
12.  
    "Malformed early option '%s'\n", param);
13.  
    }
14.  
    }
15.  
    /* We accept everything at this stage. */
16.  
    return 0;
17.  
    }

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：

 

1.  
   setup_arch(&command_line);
2.  
   mm_init_owner(&init_mm, &init_task);
3.  
   mm_init_cpumask(&init_mm);
4.  
   setup_command_line(command_line);
5.  
   setup_nr_cpu_ids();
6.  
   setup_per_cpu_areas();
7.  
   smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */
8.  
    
9.  
   build_all_zonelists(NULL);
10.  
    page_alloc_init();
11.  
     
12.  
    printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s\n", boot_command_line);
13.  
    parse_early_param();
14.  
    parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,
15.  
    __stop___param - __start___param,
16.  
    -1, -1, &unknown_bootoption);

 

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： 

 

1.  
   /*
2.  
   * Unknown boot options get handed to init, unless they look like
3.  
   * unused parameters (modprobe will find them in /proc/cmdline).
4.  
   */
5.  
   static int __init unknown_bootoption(char *param, char *val)
6.  
   {
7.  
   repair_env_string(param, val);
8.  
    
9.  
   /* Handle obsolete-style parameters */
10.  
    if (obsolete_checksetup(param))
11.  
    return 0;
12.  
     
13.  
    /* Unused module parameter. */
14.  
    if (strchr(param, '.') && (!val || strchr(param, '.') < val))
15.  
    return 0;
16.  
     
17.  
    if (panic_later)
18.  
    return 0;
19.  
     
20.  
    if (val) {
21.  
    /* Environment option */
22.  
    unsigned int i;
23.  
    for (i = 0; envp_init[i]; i++) {
24.  
    if (i == MAX_INIT_ENVS) {
25.  
    panic_later = "Too many boot env vars at `%s'";
26.  
    panic_param = param;
27.  
    }
28.  
    if (!strncmp(param, envp_init[i], val - param))
29.  
    break;
30.  
    }
31.  
    envp_init[i] = param;
32.  
    } else {</span>

1.  
   <span style="font-size:14px;"> /* Command line option */
2.  
   unsigned int i;
3.  
   for (i = 0; argv_init[i]; i++) {
4.  
   if (i == MAX_INIT_ARGS) {
5.  
   panic_later = "Too many boot init vars at `%s'";
6.  
   panic_param = param;
7.  
   }
8.  
   }
9.  
   argv_init[i] = param;
10.  
    }
11.  
    return 0;
12.  
    }

 

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！