QUESTION
APP_START descriptor와 app thread 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?
이 매크로는 함수를 호출하지 않고 특정 섹션에 정적 설명자를 배치한다. 링커가 정한 섹션 범위와 실행 플래그를 확인한다.
descriptor 범위에 포함된 각 app는 설정된 실행 방식에 따라 정확히 한 번 초기화되어야 한다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.
STRUCTURE
객체와 주소가 놓이는 구조
struct app_descriptor / app thread를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.
CALL PATH
실행 흐름
화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.
STATE LEDGER
단계별 입력과 출력
각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.
| # | 단계 | 진입 시 신뢰할 상태 | 성공 뒤 남아야 할 상태 | 다음 소비자 |
|---|---|---|---|---|
| 01 | APP_START macro | 부트 CPU의 동기 실행 문맥 | app_descriptor array | linker app section |
| 02 | linker app section | APP_START macro 완료 상태 | flags | apps_init |
| 03 | apps_init | linker app section 완료 상태 | entry function | app init |
| 04 | app init | apps_init 완료 상태 | thread object | app thread |
| 05 | app thread | app init 완료 상태 | thread object | 이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드 |
분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.
VISUAL WALKTHROUGH
주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기
아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.
호출 이름만 나열하지 않고, 각 단계가 다음 단계에 넘기는 상태를 기준으로 실행 순서를 표시한다.
두 열의 객체는 이름이 비슷해도 생성 시점, 사용 가능한 API와 해제 책임이 다르다.
Descriptor
01image와 같은 수명
02name·entry·flags
03linker section 보관
04allocation 없음
05init 순서 입력
Runtime app
01thread_t와 stack
02scheduler 상태
03heap resource
04종료·재시작 정책
05실제 entry context
UPSTREAM SOURCE
원본 코드
아래 코드는 LK upstream 1eb9917의 app/app.c에서 1-86줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.
1/*
2 * Copyright (c) 2009 Travis Geiselbrecht
3 *
4 * Use of this source code is governed by a MIT-style
5 * license that can be found in the LICENSE file or at
6 * https://opensource.org/licenses/MIT
7 */
8#include "app.h"
9
10#include <stdio.h>
11#include <string.h>
12#include <lk/err.h>
13#include <lk/console_cmd.h>
14#include <kernel/thread.h>
15
16extern const struct app_descriptor __start_apps __WEAK;
17extern const struct app_descriptor __stop_apps __WEAK;
18
19static void start_app(const struct app_descriptor *app, bool detach);
20
21/* one time setup */
22void apps_init(void) {
23 const struct app_descriptor *app;
24
25 /* call all the init routines */
26 for (app = &__start_apps; app != &__stop_apps; app++) {
27 if (app->init)
28 app->init(app);
29 }
30
31 /* start any that want to start on boot */
32 for (app = &__start_apps; app != &__stop_apps; app++) {
33 if (app->entry && (app->flags & APP_FLAG_NO_AUTOSTART) == 0) {
34 start_app(app, true);
35 }
36 }
37}
38
39static int app_thread_entry(void *arg) {
40 const struct app_descriptor *app = (const struct app_descriptor *)arg;
41
42 app->entry(app, NULL);
43
44 return 0;
45}
46
47static void start_app(const struct app_descriptor *app, bool detach) {
48 /* dont start an app that has no entry point */
49 if (app->entry == NULL) {
50 return;
51 }
52
53 uint32_t stack_size = (app->flags & APP_FLAG_CUSTOM_STACK_SIZE) ? app->stack_size : DEFAULT_STACK_SIZE;
54
55 printf("starting app %s\n", app->name);
56 thread_t *t = thread_create(app->name, &app_thread_entry, (void *)app, DEFAULT_PRIORITY, stack_size);
57 if (detach) {
58 thread_detach(t);
59 thread_resume(t);
60 } else {
61 thread_resume(t);
62 thread_join(t, NULL, INFINITE_TIME);
63 }
64}
65
66status_t app_start_by_name(const char *name, bool detached) {
67 const struct app_descriptor *app;
68
69 /* find the app and call it */
70 for (app = &__start_apps; app != &__stop_apps; app++) {
71 if (!strcmp(app->name, name)) {
72 start_app(app, detached);
73 return NO_ERROR;
74 }
75 }
76
77 return ERR_NOT_FOUND;
78}
79
80static void list_apps(void) {
81 const struct app_descriptor *app;
82
83 for (app = &__start_apps; app != &__stop_apps; app++) {
84 printf("%s\n", app->name);
85 }
86}
READING CONTRACT
발췌 범위와 읽기 기준
원문 1-86줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void apps_init(void)은 L22에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.
이 매크로는 함수를 호출하지 않고 특정 섹션에 정적 설명자를 배치한다. 링커가 정한 섹션 범위와 실행 플래그를 확인한다.
RELATED SOURCE
함께 읽어야 하는 원본 코드
첫 코드 조각만으로 동작이 완성되지 않는 경우 호출 매크로, 객체 정의와 실제 실행 목록을 같은 페이지에 묶었다. 각 조각은 같은 기준 commit에서 가져왔다.
01. app descriptor를 thread로 바꾸는 start_app
app/app.c 39-95줄이다.
39static int app_thread_entry(void *arg) {
40 const struct app_descriptor *app = (const struct app_descriptor *)arg;
41
42 app->entry(app, NULL);
43
44 return 0;
45}
46
47static void start_app(const struct app_descriptor *app, bool detach) {
48 /* dont start an app that has no entry point */
49 if (app->entry == NULL) {
50 return;
51 }
52
53 uint32_t stack_size = (app->flags & APP_FLAG_CUSTOM_STACK_SIZE) ? app->stack_size : DEFAULT_STACK_SIZE;
54
55 printf("starting app %s\n", app->name);
56 thread_t *t = thread_create(app->name, &app_thread_entry, (void *)app, DEFAULT_PRIORITY, stack_size);
57 if (detach) {
58 thread_detach(t);
59 thread_resume(t);
60 } else {
61 thread_resume(t);
62 thread_join(t, NULL, INFINITE_TIME);
63 }
64}
65
66status_t app_start_by_name(const char *name, bool detached) {
67 const struct app_descriptor *app;
68
69 /* find the app and call it */
70 for (app = &__start_apps; app != &__stop_apps; app++) {
71 if (!strcmp(app->name, name)) {
72 start_app(app, detached);
73 return NO_ERROR;
74 }
75 }
76
77 return ERR_NOT_FOUND;
78}
79
80static void list_apps(void) {
81 const struct app_descriptor *app;
82
83 for (app = &__start_apps; app != &__stop_apps; app++) {
84 printf("%s\n", app->name);
85 }
86}
87
88static int cmd_app(int argc, const console_cmd_args *argv) {
89 if (argc == 1) {
90usage:
91 printf("%s subcommands:\n", argv[0].str);
92 printf("%s list : list apps compiled into the system\n", argv[0].str);
93 printf("%s start <name> : run app\n", argv[0].str);
94 return ERR_INVALID_ARGS;
95 } else if (!strcmp(argv[1].str, "list")) {
DETAILS
내부 동작을 더 깊게 읽기
진입 조건을 먼저 고정한다
APP_START macro에서 들어온 실행은 부트 CPU의 동기 실행 문맥에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.
이 매크로는 함수를 호출하지 않고 특정 섹션에 정적 설명자를 배치한다. 링커가 정한 섹션 범위와 실행 플래그를 확인한다.
중심 객체의 생성과 공개를 나눈다
이 글의 중심 객체는 struct app_descriptor / app thread다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.
빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.
주소, 크기와 정렬을 계산한다
부트 코드에서는 주소 계산 오류를 주의해야 한다. 원본과 목적지의 주소 범위, 헤더에 기록된 데이터 크기, 블록·페이지 단위를 표로 정리하고 각 구간의 끝 주소를 계산한다. 끝 주소가 start + size - 1처럼 마지막 바이트를 가리키는지, 구간 바로 다음 주소를 가리키는지는 API 규약에서 확인한다.
성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다
linker app section → apps_init → app init 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.
다른 CPU, 인터럽트 처리기, USB 완료 콜백, 셸 명령에서도 이 상태를 읽는다면 메모리 접근 순서와 잠금 범위를 함께 확인한다.
제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다
정상 경로는 app thread에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.
호출한 함수로 돌아오는 경로라면 오류와 일부 처리만 완료된 상태를 구분하는지 확인한다. 이어서 다음 후보를 시도할지, 복구 절차를 실행할지 살펴본다.
IMPLEMENTATION NOTES
구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분
APP_START는 함수 호출이 아니라 정적 descriptor 생성이다
macro가 app name, init entry, flags와 stack size를 linker section에 놓고 startup code가 section 범위를 순회한다. object가 link되지 않거나 section KEEP가 빠지면 source에 app이 있어도 실행되지 않는다.
map에서 descriptor와 문자열, function pointer가 같은 image에 남았는지 확인한다.
app init을 현재 thread에서 할지 새 thread에서 할지 구분한다
flag에 따라 bootstrap 문맥에서 직접 init하거나 전용 thread를 만들 수 있다. 전용 thread entry가 참조하는 descriptor와 argument는 image 수명 동안 유효하지만 init 함수의 stack 지역 데이터는 넘길 수 없다.
stack size와 priority가 제품 latency와 overflow 위험을 결정하므로 default를 그대로 쓰지 않는다.
app 간 순서는 dependency framework가 아니다
section 순서나 등록 순서에 의존해 다른 app의 global 상태를 읽으면 link 순서 변경에 깨진다. 명시적 init hook level, event 또는 service-ready flag로 dependency를 표현한다.
특정 app을 build에서 제거한 뒤 consumer가 명확히 비활성화되는지 시험한다.
OBJECT LIFETIME
객체와 수명
| 대상 | 만들어지는 시점 | 유효 범위 | 확인할 조건 |
|---|---|---|---|
struct app_descriptor / app thread | linker app section | app thread 또는 오류 정리 완료까지 | 진입 전제와 상태 계약 |
| 입력 buffer / metadata | APP_START macro | parse와 검증이 끝날 때까지 | 길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성 |
| 등록된 list / descriptor | apps_init | 하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지 | 중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리 |
| hardware 또는 persistent state | 실제 write/probe가 완료된 뒤 | reset 또는 명시적 해제·갱신까지 | 쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원 |
최종 부트로더 이미지 | link/image 생성 시점 | 다음 stage가 새 image로 교체할 때까지 | 적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부 |
FAILURE PATH
실패 지점과 증상
| # | 조건 | 관찰되는 증상 | 먼저 볼 단계 |
|---|---|---|---|
| 01 | section KEEP 누락 | app가 조용히 사라짐 | linker app section |
| 02 | descriptor 정렬 오류 | 다음 entry 오독 | apps_init |
| 03 | app thread stack 부족 | 초기화 후 crash | app init |
로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.
EVIDENCE
소스 밖에서 확인할 증거
소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.
| # | 목적 | 명령 또는 계측 | 판정 기준 |
|---|---|---|---|
| 01 | 빌드 구성 | make <project> -j1 | platform, target, app 선택과 linker 입력을 로그로 남긴다. |
| 02 | symbol과 주소 | nm -n build-*/lk.elf | grep 'void apps_init' | init hook, app descriptor와 함수가 어느 주소에 놓였는지 확인한다. |
| 03 | 어셈블리 대조 | objdump -drS build-*/lk.elf | thread 전환과 interrupt disable 구간의 실제 명령을 확인한다. |
| 04 | 초기화 순서 | init level 전후에 current_time_hires()와 함수 이름 기록 | level 내부 순서와 지연을 serial log로 남긴다. |
| 05 | 문맥 확인 | current_thread, interrupt state, stack pointer 기록 | 함수가 bootstrap thread인지 scheduler 이후 thread인지 구분한다. |
LAB
직접 확인할 실험
- 01map에서 apps section 시작/끝 확인
linker app section진입 전후에 app_descriptor array의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. - 02APP_START 하나 추가 후 descriptor 수 비교
apps_init진입 전후에 flags의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. - 03APP_FLAG_DONT_START_ON_BOOT 변경 효과 확인
app init진입 전후에 entry function의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
PRIMARY REFERENCES