block cache와 partition 등록 | Barebox

QUESTION

block cache와 partition 등록 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

block size, cache unit과 partition start unit을 구분한다. GPT backup header와 DOS extended partition의 탐색 범위도 오류 경로에서 확인한다.

child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 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

그림 1. block cache와 partition 등록에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01block_device

02cache blocks

03partition_desc

04partition cdevs

INVARIANT

child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다.

block_device / partition_desc / child cdev를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

CALL PATH

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달

block device

sector cache

partition parser

child cdev

filesystem/boot entry

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

호출 순서를 함수 이름으로만 외우지 않고, 각 단계가 무엇을 받아 무엇을 공개하는지 적은 표다. 실제 소스에서 생산 필드가 다르면 표를 고치는 방식으로 사용한다.

#	단계	진입 시 신뢰할 상태	성공 뒤 남아야 할 상태	다음 소비자
01	`block device`	부트 CPU의 동기 실행 문맥	block_device	sector cache
02	`sector cache`	block device 완료 상태	cache blocks	partition parser
03	`partition parser`	sector cache 완료 상태	partition_desc	child cdev
04	`child cdev`	partition parser 완료 상태	partition cdevs	filesystem/boot entry
05	`filesystem/boot entry`	child cdev 완료 상태	partition cdevs	최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

공통 불변 조건: child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다. 한 단계의 출력이 다음 단계의 입력 조건을 만족하지 않으면 오류가 실제로 드러난 위치보다 앞의 생산 단계부터 조사한다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 Barebox v2026.06.1의 common/partitions.c에서 423-461줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit314c679eea2d0ca847c64d1b646a1cf91225c0ecsymbolstatic int partitions_init(void)

423
424	return start;
425}
426
427static uint64_t first_usable_dma = SZ_8M / SECTOR_SIZE;
428
429uint64_t partition_first_usable_lba(void)
430{
431	return first_usable_dma;
432}
433
434static int set_first_usable_lba(struct param_d *p, void *priv)
435{
436	if (first_usable_dma < 1) {
437		pr_err("Minimum is 1\n");
438		return -EINVAL;
439	}
440
441	if (first_usable_dma % (SZ_1M / SECTOR_SIZE))
442		pr_warn("recommended to align to 1MiB\n");
443
444	return 0;
445}
446
447static int partitions_init(void)
448{
449	struct param_d *p = NULL;
450
451	if (IS_ENABLED(CONFIG_GLOBALVAR))
452		p = dev_add_param_uint64(&global_device, "partitions.first_usable_lba",
453					 set_first_usable_lba, NULL,
454					 &first_usable_dma, "%llu", NULL);
455
456	return PTR_ERR_OR_ZERO(p);
457}
458core_initcall(partitions_init);
459
460BAREBOX_MAGICVAR(global.partitions.first_usable_lba, "first usable LBA used for creating partitions");
461

LINE BY LINE

423-461줄 해설

원본에 보이는 모든 줄을 순서대로 설명한다. 빈 줄도 block 경계로 남겨, 코드와 설명의 위치가 어긋나지 않게 했다.

423(빈 줄)

이전 block 경계까지의 동작과 return start;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 block_device 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

424return start;

start를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 block_device / partition_desc / child cdev를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

425}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

426(빈 줄)

}까지의 동작과 static uint64_t first_usable_dma = SZ_8M / SECTOR_SIZE;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

427static uint64_t first_usable_dma = SZ_8M / SECTOR_SIZE;

static uint64_t first_usable_dma에 SZ_8M / SECTOR_SIZE를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 filesystem/boot entry 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

428(빈 줄)

static uint64_t first_usable_dma = SZ_8M / SECTOR_SIZE;까지의 동작과 uint64_t partition_first_usable_lba(void)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

429uint64_t partition_first_usable_lba(void)

partition_first_usable_lba 함수 정의가 시작된다. 입력은 void이며, 부트 CPU의 동기 실행 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

430{

바로 위 함수·조건·초기화의 block이 열린다. 이 scope 안에서 만들어지는 지역 객체와 오류 이동 지점을 block_device / partition_desc / child cdev의 수명에 맞춰 묶어 읽는다.

431return first_usable_dma;

first_usable_dma를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 block_device / partition_desc / child cdev를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

432}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

433(빈 줄)

}까지의 동작과 static int set_first_usable_lba(struct param_d *p, void *priv)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

434static int set_first_usable_lba(struct param_d *p, void *priv)

set_first_usable_lba 함수 정의가 시작된다. 입력은 struct param_d *p, void *priv이며, 부트 CPU의 동기 실행 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

435{

436if (first_usable_dma < 1) {

first_usable_dma < 1를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

437pr_err("Minimum is 1\n");

pr_err("Minimum is 1\n")를 호출한다. 반환 결과는 현재 줄 또는 다음 return -EINVAL;에서 검사되는 흐름이다. pointer 인자는 block_device / partition_desc / child cdev의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 partition cdevs 항목과 대조한다.

438return -EINVAL;

-EINVAL를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 block_device / partition_desc / child cdev를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

439}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

440(빈 줄)

}까지의 동작과 if (first_usable_dma % (SZ_1M / SECTOR_SIZE))에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

441if (first_usable_dma % (SZ_1M / SECTOR_SIZE))

first_usable_dma % (SZ_1M / SECTOR_SIZE)를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

442pr_warn("recommended to align to 1MiB\n");

pr_warn("recommended to align to 1MiB\n")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 block_device / partition_desc / child cdev의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 partition cdevs 항목과 대조한다.

443(빈 줄)

pr_warn("recommended to align to 1MiB\n");까지의 동작과 return 0;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

444return 0;

0를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 block_device / partition_desc / child cdev를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

445}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

446(빈 줄)

}까지의 동작과 static int partitions_init(void)에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

447static int partitions_init(void)

partitions_init 함수 정의가 시작된다. 입력은 void이며, 부트 CPU의 동기 실행 문맥에서 호출된다는 전제로 반환 전까지의 상태 변화를 읽는다.

448{

449struct param_d *p = NULL;

struct param_d *p = NULL를 선언한다. 함수 안 선언이면 현재 stack frame, file scope와 static이면 image의 data/BSS에 놓인다. 이 값이 block_device / partition_desc / child cdev를 직접 소유하는지 pointer만 빌리는지, 부트 CPU의 동기 실행 문맥를 벗어난 뒤에도 참조되는지 다음 대입과 callback 등록까지 따라간다.

450(빈 줄)

struct param_d *p = NULL;까지의 동작과 if (IS_ENABLED(CONFIG_GLOBALVAR))에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

451if (IS_ENABLED(CONFIG_GLOBALVAR))

IS_ENABLED(CONFIG_GLOBALVAR)를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

452p = dev_add_param_uint64(&global_device, "partitions.first_usable_lba",

dev_add_param_uint64(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 block_device / partition_desc / child cdev의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 partition cdevs 항목과 대조한다.

453set_first_usable_lba, NULL,

원본 453번 줄의 set_first_usable_lba, NULL,는 앞의 p = dev_add_param_uint64(&global_device, "partitions.first_usable_lba", 결과를 받아 다음 &first_usable_dma, "%llu", NULL);로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

454&first_usable_dma, "%llu", NULL);

원본 454번 줄의 &first_usable_dma, "%llu", NULL);는 앞의 set_first_usable_lba, NULL, 결과를 받아 다음 다음 block 경계로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

455(빈 줄)

&first_usable_dma, "%llu", NULL);까지의 동작과 return PTR_ERR_OR_ZERO(p);에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

456return PTR_ERR_OR_ZERO(p);

PTR_ERR_OR_ZERO(p)를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 block_device / partition_desc / child cdev를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

457}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

458core_initcall(partitions_init);

core_initcall(partitions_init)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 block_device / partition_desc / child cdev의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 partition cdevs 항목과 대조한다.

459(빈 줄)

core_initcall(partitions_init);까지의 동작과 BAREBOX_MAGICVAR(global.partitions.first_usable_lba, "first usable LBA used for creating partitions");에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

460BAREBOX_MAGICVAR(global.partitions.first_usable_lba, "first usable LBA used for creating partitions");

BAREBOX_MAGICVAR(global.partitions.first_usable_lba, "first usable LBA used for creating partitions")를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 block_device / partition_desc / child cdev의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 partition cdevs 항목과 대조한다.

461(빈 줄)

BAREBOX_MAGICVAR(global.partitions.first_usable_lba, "first usable LBA used for creating partitions");까지의 동작과 다음 block 경계에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 partition cdevs 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

block device에서 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.

block size, cache unit과 partition start unit을 구분한다. GPT backup header와 DOS extended partition의 탐색 범위도 오류 경로에서 확인한다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 block_device / partition_desc / child cdev다. 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 코드의 오류는 논리보다 주소 계산에서 먼저 드러나는 경우가 많다. source range, destination range, header가 말하는 payload size, block 또는 page 단위를 표로 적고 각 구간의 끝 주소를 직접 계산한다. 끝 주소는 start + size - 1인지 exclusive end인지 API 계약을 확인한다.

child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

sector cache → partition parser → child cdev 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, interrupt handler, USB completion 또는 shell command가 상태를 관찰할 수 있다면 memory ordering과 lock 범위도 함께 읽는다.

마지막 handoff의 계약을 적는다

정상 경로는 filesystem/boot entry에서 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.

반환하는 경로라면 caller가 오류와 부분 성공을 구분하고 다음 후보 또는 복구 경로를 선택하는지 확인한다.

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

block cache는 storage와 parser 사이의 상태를 만든다

sector read 결과를 cache하면 partition table update 뒤 오래된 header를 다시 볼 수 있다. write, flush, invalidate와 rescan 순서를 확인하고 cache block 크기와 device logical block 크기를 구분한다.

전원 차단 시험에서는 controller flush 완료도 포함한다.

GPT와 DOS parser는 다른 복구 경로를 가진다

GPT는 primary/backup header와 entry CRC를 검증하고 DOS extended partition은 linked EBR 범위를 따라간다. CRC 실패를 무시하거나 loop된 EBR을 무한 순회하지 않도록 bounds와 방문 수를 본다.

외부 partition 도구 결과와 child cdev start/end를 byte 단위로 비교한다.

child cdev 등록은 table 검증 뒤 한꺼번에 공개한다

일부 entry를 등록한 뒤 parser가 실패하면 반쪽 partition 목록이 남을 수 있다. 임시 descriptor에 모두 수집한 후 검증 완료 시 공개하는지, 오류 unwind가 기존 child를 제거하는지 확인한다.

겹치는 partition과 parent 밖 end를 가진 table을 주입해 거부 위치를 기록한다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`block_device / partition_desc / child cdev`	sector cache	filesystem/boot entry 또는 오류 정리 완료까지	child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다.
입력 buffer / metadata	block device	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	partition parser	subsystem 종료 또는 image handoff까지	이중 등록, dangling pointer, 오류 unwind
hardware 또는 persistent state	실제 write/probe가 완료된 뒤	reset 또는 명시적 해제·갱신까지	flush, timeout, 전원 차단, rollback
`최종 부트로더 이미지`	link/image 생성 시점	다음 stage가 새 image로 교체할 때까지	load address, entry, section과 header 일치

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

#	조건	관찰되는 증상	먼저 볼 단계
01	LBA/byte 혼동	offset 배수 오류	sector cache
02	GPT CRC 실패 무시	잘못된 table 사용	partition parser
03	cache flush 누락	update 후 오래된 data	child cdev

로그가 끊긴 마지막 함수만 고치지 않는다. 그 함수가 받은 주소, size, flag가 만들어진 앞 단계까지 올라가고, 오류 뒤 등록 객체와 hardware 상태가 남았는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스 해석은 실제 빌드 산출물과 target 로그로 닫아야 한다. 아래 명령의 보드 이름과 toolchain prefix는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#	목적	명령 또는 계측	판정 기준
01	빌드 구성	`make <board>_defconfig && make V=1`	Kconfig, linker section과 최종 barebox image 생성 명령을 보관한다.
02	symbol과 section	`${CROSS_COMPILE}nm -n barebox \| grep 'static int partitions_init'`	initcall, command, driver descriptor가 image에 남았는지 확인한다.
03	주소와 resource	`iomem`	image, malloc, stack, device resource와 reserved 영역의 겹침을 확인한다.
04	device 상태	`devinfo; drvinfo; of_dump`	DT node 생성, device 등록, driver probe를 서로 구분한다.
05	boot 정책	`boot -d -v; state -d`	entry 탐색 결과와 persistent state가 실제 선택에 미친 영향을 확인한다.

LAB

직접 확인할 실험

01
part list와 외부 GPT 도구 출력 비교
sector cache 진입 전후에 block_device의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
02
primary GPT 손상 후 backup 사용 확인
partition parser 진입 전후에 cache blocks의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
03
write 후 flush 전후 재읽기 비교
child cdev 진입 전후에 partition_desc의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 child partition의 byte range는 parent block device 안에 있고 서로 허용되지 않은 방식으로 겹치지 않아야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

common/partitions.cv2026.06.1 원본 파일 Barebox source tree기준 commit 314c679eea2d