전체 흐름
부팅 코드는 이미 완성된 커널 위에서 실행되는 코드가 아니다. allocator, scheduler, IRQ, RCU, driver core가 아직 부분적으로만 준비된 상태에서 다음 단계의 전제 조건을 만드는 코드다. 따라서 함수 호출 순서보다 '이 호출 이후 무엇이 가능해지는가'를 표시해야 한다.
함수의 입력과 처리 결과를 먼저 확인한다. 구조체를 생성하고 연결하는 시점, 다른 코드에서 사용할 수 있게 하는 시점, 더 이상 사용하지 않아 회수하는 시점을 구분한다.
정상 처리와 오류 처리를 함께 확인한다. 오류 복구, 장치의 실행 중 연결·분리(hotplug), 자원 해제 과정에서도 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.
왼쪽부터 처리 단계를 나열했다. 각 코드 조각에서 바뀌는 상태를 해당 단계와 대조한다.
소스 코드 위치
먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일
Linux 6.18.37 LTS: init/main.c
Linux 6.18.37 LTS: init/do_mounts.c
Linux 6.18.37 LTS: init/initramfs.c
Linux 6.18.37 LTS: drivers/base/init.c설명: 진입 함수가 있는 파일과 구조체 정의, 아키텍처별 연결 코드, 콜백 구현을 함께 확인한다. 여러 파일을 대조해야 호출 관계와 각 코드의 역할을 알 수 있다.
대표 코드
static noinline void __init kernel_init_freeable
}
return ret;
}
static noinline void __init kernel_init_freeable(void);
#if defined(CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX) || defined(CONFIG_STRICT_MODULE_RWX)
bool rodata_enabled __ro_after_init = true;
#ifndef arch_parse_debug_rodata
static inline bool arch_parse_debug_rodata(char *str) { return false; }
#endif
static int __init set_debug_rodata(char *str)
{
if (arch_parse_debug_rodata(str))
return 0;
if (str && !strcmp(str, "on"))
rodata_enabled = true;
else if (str && !strcmp(str, "off"))
rodata_enabled = false;
else
pr_warn("Invalid option string for rodata: '%s'\n", str);
return 0;
}
early_param("rodata", set_debug_rodata);
#endif
#ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX
static void mark_readonly(void)
{
if (rodata_enabled) {
/*
* load_module() results in W+X mappings, which are cleaned
* up with call_rcu(). Let's make sure that queued work is
* flushed so that we don't hit false positives looking for
* insecure pages which are W+X.
*/확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.
do_basic_setup
* have been touched yet, but the CPU subsystem is up and
* running, and memory and process management works.
*
* Now we can finally start doing some real work..
*/
static void __init do_basic_setup(void)
{
cpuset_init_smp();
driver_init();
init_irq_proc();
do_ctors();
do_initcalls();
}
static void __init do_pre_smp_initcalls(void)
{
initcall_entry_t *fn;
trace_initcall_level("early");
for (fn = __initcall_start; fn < __initcall0_start; fn++)
do_one_initcall(initcall_from_entry(fn));
}
static int run_init_process(const char *init_filename)
{
const char *const *p;
argv_init[0] = init_filename;
pr_info("Run %s as init process\n", init_filename);
pr_debug(" with arguments:\n");
for (p = argv_init; *p; p++)
pr_debug(" %s\n", *p);
pr_debug(" with environment:\n");
for (p = envp_init; *p; p++)
pr_debug(" %s\n", *p);
return kernel_execve(init_filename, argv_init, envp_init);
}
static int try_to_run_init_process(const char *init_filename)
{확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.
함수별 분석
initcall과 rootfs 준비를 실행한 뒤, 나중에 버릴 수 있는 init memory와 runtime memory의 경계를 만든다.
원본 코드를 함수별로 나누어 살펴본다. 각 함수가 준비하는 값과 다음 함수가 그 값을 사용하는 방식을 확인한다.
각 단계의 입력과 처리 결과를 연결해 본다. 다음 단계로 넘어가기 전에 바뀌는 필드를 코드에서 확인한다.
1. static noinline void __init kernel_init_freeable
static noinline void __init kernel_init_freeable 주변에서는 do_basic_setup를 중심으로 본다. 이 필드는 driver/subsystem initcall 실행 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 initmem freed 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 입력 범위 검사, 주요 필드 변경, 다른 계층에서 사용할 수 있게 하는 시점, 실패 시 복구 순서를 확인한다. 이 조건을 만족해야 다음 함수가 __init 참조 금지을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: initcall 실패와 init 실행 실패를 같은 것으로 봄
2. do_basic_setup
do_basic_setup 주변에서는 do_basic_setup를 중심으로 본다. 이 필드는 driver/subsystem initcall 실행 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 namespace prepared 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 입력 범위 검사, 주요 필드 변경, 다른 계층에서 사용할 수 있게 하는 시점, 실패 시 복구 순서를 확인한다. 이 조건을 만족해야 다음 함수가 rootfs 후보가 선택됨을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: __init 함수를 late callback으로 남김
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 확인할 사항 |
|---|---|---|---|
| static noinline void __init kernel_init_freeable | do_basic_setup, 호출 시 실행 문맥, 하위 시스템의 준비 조건 | initmem freed: __init 참조 금지 | initcall 실패와 init 실행 실패를 같은 것으로 봄 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| do_basic_setup | do_basic_setup, 호출 시 실행 문맥, 하위 시스템의 준비 조건 | namespace prepared: rootfs 후보가 선택됨 | __init 함수를 late callback으로 남김 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
구조체와 필드
구조체의 필드를 언제 바꿀 수 있고 다른 코드가 언제 읽을 수 있는지 확인한다. 필드의 의미와 함께 잠금 등 접근을 보호하는 규칙을 살펴본다.
각 단계에서 읽고 쓰는 필드를 구조체 정의와 대조한다.
어떤 코드가 필드를 변경하고 어떤 방식으로 접근을 보호하는지, 객체를 언제 해제하는지 원본 코드에서 확인한다.
| 필드 | 읽는 법 |
|---|---|
| do_basic_setup | driver/subsystem initcall 실행 |
| prepare_namespace | root= 해석과 mount 준비 |
| init_eaccess | userspace init 실행 전 권한 정리 |
| free_initmem | __init lifetime 종료 |
실행 단계와 상태 변화
실행 단계를 따로 정리하면 정상 경로와 실패 경로를 나란히 비교할 수 있다. 커널 문제는 최종 결과보다 준비가 덜 된 중간 상태를 다른 코드에 공개한 뒤, 실패 시 제대로 정리하지 못할 때 자주 발생한다.
화살표는 정상 진행 방향을 나타낸다. 중간 단계에서 실패하면 각 단계의 오류 처리 또는 대체 경로로 이동한다.
| 상태 | 의미 | 진입 조건 | 깨지는 지점 |
|---|---|---|---|
| initcalls drained | subsystem 초기화가 끝남 | 앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤 | 다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때 |
| namespace prepared | rootfs 후보가 선택됨 | 앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤 | 다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때 |
| console stable | late init 로그가 보임 | 앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤 | 다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때 |
| initmem freed | __init 참조 금지 | 앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤 | 다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때 |
불변 조건과 실패 사례
kernel_init_freeable()의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
다른 CPU나 하위 계층이 변경된 필드를 읽는다면 잠금과 메모리 배리어가 접근 순서를 어떻게 보장하는지 확인한다. 참조 횟수와 RCU로 관리하는 객체 수명도 별도로 확인한다.
중간 단계에서 실패하면 이미 확보한 자원을 의존 관계에 맞춰 해제해야 한다. goto 레이블이 많다면 각 분기에 도달했을 때 확보한 자원을 표로 정리한다.
임베디드 보드를 처음 구동할 때는 패닉 대신 로그 중단, 시간 초과, 장치 초기화 지연, 과도한 인터럽트 같은 증상으로 문제가 드러날 수 있다.
initcall 실패와 init 실행 실패를 같은 것으로 봄
__init 함수를 late callback으로 남김
root=, init=, rdinit= 옵션의 우선순위를 섞음
계측과 검증
로그를 무작정 추가하지 말고 확인할 가설을 먼저 세운다. 상태표에서 처리가 멈춘 단계를 찾은 뒤, 상태를 바꾸는 함수와 그 결과를 사용하는 함수를 함께 살펴본다.
로그가 출력되었다고 처리가 끝난 것으로 판단하지 않는다. 원본 코드에서 로그 앞뒤의 필드 변경을 확인한다.
| 도구 | 보는 것 |
|---|---|
| initcall_debug | kernel_init_freeable() 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
| dynamic_debug | kernel_init_freeable() 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
| trace_initcall | kernel_init_freeable() 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
| dmesg -w | kernel_init_freeable() 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe추가 확인 사항
- kernel_init_freeable() 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- kernel_init_freeable() 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'initcall 실패와 init 실행 실패를 같은 것으로 봄' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 '__init 함수를 late callback으로 남김' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?