《linux内核完全剖析》第七章初始化程序笔记

约定不等于承诺〃 2023-01-04 10:27 404阅读 0赞

### 1、简介 ###

### 初始化程序位于init/目录下，该目录只有一个main.c文件，系统执行完boot/目录下的head.s程序后把执行权交给main.c。main.c程序进行了内核初始化的所有工作。 ###

### 2、main.c功能描述 ###

### main.c利用setup.s取得的系统参数设置系统的根文件设备号和一些内存全局变量。这些内存变量包括主内存的开始地址、系统内存容量和高速缓冲区内存的末端地址。如果定义了虚拟盘，主内存会适当减少。内存映射图如下 ###

![20210111094335454.png][]

### 之后内核进行所有方面的硬件初始化，包含陷阱门、块设备、字符设备和tty，还包括人工设置第一个任务（task 0），当所有初始化工作完成后程序就设置中断允许标志来开启中断。内核完成初始化后，内核把执行权切换到用户模式（task 0），main.c就工作在task 0中，之后系统第一次调用进程创建函数fork（）创建出一个用于运行init（）的子进程。整个系统初始化过程如下图 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RpYW53ZWkwODIy_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### 3、main.c源代码 ###

/*
     *  linux/init/main.c
     *
     *  (C) 1991  Linus Torvalds
     */
    #define __LIBRARY__ /* 为了包括定义在 unistd.h 中的内嵌汇编代码等信息 */
    #include <unistd.h>
    #include <time.h>
    
    /*
     * we need this inline - forking from kernel space will result
     * in NO COPY ON WRITE (!!!), until an execve is executed. This
     * is no problem, but for the stack. This is handled by not letting
     * main() use the stack at all after fork(). Thus, no function
     * calls - which means inline code for fork too, as otherwise we
     * would use the stack upon exit from 'fork()'.
     *
     * Actually only pause and fork are needed inline, so that there
     * won't be any messing with the stack from main(), but we define
     * some others too.
     */
    
    /*
     * 我们需要下面这些内嵌语句 - 从内核空间创建进程将导致没有写时复制(COPY ON WRITE)!!!直到执行一
     * 个execve调用。这对堆栈可能带来问题。处理方法是在fork()调用后不让main()使用任何堆栈。因此就不
     * 能有函数调用 - 这意味着fork也要使用内嵌代码，否则我们在从fork()退出时就要使用堆栈了。
     *
     * 实际上只有pause和fork需要使用内嵌方式，以保证从main()中不会弄乱堆栈，但是我们同时还定义了其
     * 他一些函数。
     */
    
    /* Linux在内核空间创建进程时不使用写时复制技术(Copy on write)。main()在移动到用户模式(到任务0)
     后执行内嵌方式的 fork() 和 pause()，因此可保证不使用任务0的用户栈。在执行move_to_user_mode()之
     后，本程序 main() 就以任务0的身份在运行了。而任务0是所有将创建子进程的父进程。当它创建一个子进
     程时(init进程)，由于任务1代码属于内核空间，因此没有使用写时复制功能。此时任务0的用户栈就是任务
     1的用户栈，即它们共同使用一个栈空间。因此希望在 main.c 运行在任务0的环境下时不要有对堆栈的任何
     操作，以免弄乱堆栈。而在再次执行fork() 并执行过 execve() 函数后，被加载程序已不属于内核空间，
     因此可以使用写时复制技术了。*/
    
    // int fork() 系统调用：创建进程
    _syscall0(int, fork)
    // int pause() 系统调用：暂停进程的执行，直到收到一个信号
    _syscall0(int, pause)
    // int setup(void * BIOS) 系统调用：仅用于linux初始化(仅在这个程序中被调用)
    _syscall1(int, setup, void *, BIOS)
    // int sync() 系统调用：更新文件系统
    _syscall0(int, sync)
    
    #include <linux/tty.h>
    #include <linux/sched.h>
    #include <linux/head.h>
    #include <asm/system.h>
    #include <asm/io.h>
    
    #include <stddef.h>
    #include <stdarg.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <sys/types.h>
    
    #include <linux/fs.h>
    
    #include <string.h>
    
    #include <linux/log_print.h> 	/* 日志打印功能 */
    
    static char printbuf[1024];		/* 静态字符串数组，用作内核显示信息的缓存。*/
    
    extern char *strcpy();
    extern int vsprintf();
    extern void init(void);							/* 初始化 */
    extern void blk_dev_init(void);					/* 块设备初始化blk_drv/ll_re_blk.c */
    extern void chr_dev_init(void);					/* 字符设备初始化chr_drv/tty_io.c */
    extern void hd_init(void);						/* 硬盘初始化blk_drv/hd.c */
    extern void floppy_init(void);					/* 软驱初始化blk_drv/floppy.c */
    extern void mem_init(long start, long end);		/* 内存管理初始化mm/memory.c */
    extern long rd_init(long mem_start, int length);/* 虚拟盘初始化blk_drv/ramdisk.c */
    extern long kernel_mktime(struct tm * tm);		/* 计算系统开机启动时间(秒) */
    
    /* 内核专用sprintf()函数，产生格式化信息并输出到指定缓冲区str中 */
    static int sprintf(char * str, const char *fmt, ...)
    {
    	va_list args;
    	int i;
    
    	va_start(args, fmt);
    	i = vsprintf(str, fmt, args);
    	va_end(args);
    	return i;
    }
    
    /*
     * This is set up by the setup-routine at boot-time
     */
    /* 
     * 这些数据由内核引导期间的setup.s程序设置。
     */
    #define EXT_MEM_K (*(unsigned short *)0x90002)			/* 1MB以后的扩展内存大小(KB) */
    #define CON_ROWS ((*(unsigned short *)0x9000e) & 0xff)	/* 选定的控制台屏幕的行数 */
    #define CON_COLS (((*(unsigned short *)0x9000e) & 0xff00) >> 8)	/* ...列数 */
    #define DRIVE_INFO (*(struct drive_info *)0x90080)		/* 硬盘参数表32字节内容 */
    #define ORIG_ROOT_DEV (*(unsigned short *)0x901FC)		/* 根文件系统所在设备号 */
    #define ORIG_SWAP_DEV (*(unsigned short *)0x901FA)		/* 交换文件所在设备号 */
    
    /*
     * Yeah, yeah, it's ugly, but I cannot find how to do this correctly
     * and this seems to work. I anybody has more info on the real-time
     * clock I'd be interested. Most of this was trial and error, and some
     * bios-listing reading. Urghh.
     */
    /* 这段宏读取CMOS实时时钟数据。outb_p和inb_p是include/asm/io.h中定义的端口输入输出宏 */
    #define CMOS_READ(addr) ({		\
    	outb_p(0x80 | addr, 0x70);	\
    	inb_p(0x71); 				\
    })
    
    /* 将BCD码转换成二进制数值 */
    #define BCD_TO_BIN(val)	((val)=((val)&15) + ((val)>>4)*10)
    
    /* CMOS的访问时间很慢。为了减小时间误差，在读取了下面循环中所有数值后，若此时CMOS中秒值
     发生了变化，则重新读取。这样能控制误差在1s内 */
    static void time_init(void)
    {
    	struct tm time;
    
    	do {
    		time.tm_sec = CMOS_READ(0);
    		time.tm_min = CMOS_READ(2);
    		time.tm_hour = CMOS_READ(4);
    		time.tm_mday = CMOS_READ(7);
    		time.tm_mon = CMOS_READ(8);		/* 当前月份(1~12) */
    		time.tm_year = CMOS_READ(9);
    	} while (time.tm_sec != CMOS_READ(0));
    	BCD_TO_BIN(time.tm_sec);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_min);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_hour);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_mday);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_mon);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_year);
    	time.tm_mon--;						/* ti_mon中的月份范围是 0 ~ 11 */
    	startup_time = kernel_mktime(&time);/* 计算开机时间。*/
    }
    
    static long memory_end = 0;				/* 机器所具有的物理内存容量 */
    static long buffer_memory_end = 0;		/* 高速缓冲区末端地址 */
    static long main_memory_start = 0;		/* 主内存开始的位置 */
    static char term[32];					/* 终端设置字符串 */
    
    /* 读取并执行/etc/rc文件时所使用的命令行参数和环境参数 */
    static char * argv_rc[] = { "/bin/sh", NULL };
    static char * envp_rc[] = { "HOME=/", NULL ,NULL };
    
    /* 运行登录shell时所使用的命令行和环境参数 */
    /* argv[0]中的字符“-”是传递shell程序sh的一个标示位，通过这个标示位，sh程序会作为shell程序执行 */
    static char * argv[] = { "-/bin/sh", NULL };
    static char * envp[] = { "HOME=/usr/root", NULL, NULL };
    
    /* 用于存放硬盘参数表 */
    struct drive_info { char dummy[32]; } drive_info;
    
    /* 内核初始化主程序 （void -> int 去除编译警告，实际为void） */
    int main(void)		/* This really is void, no error here. */
    					/* 这里真的是 void，没有问题 */
    {					/* The startup routine assumes (well, ...) this */
    					/* 因为在 head.s 就是这么假设的(把 main 的地址压入堆栈的时候) */
    /*
     * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then enable them
     */
    /*
     * 此时中断还被禁止的，做完必要的设置后就将其开启。
     */
    	ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV;
    	SWAP_DEV = ORIG_SWAP_DEV;
    	sprintf(term, "TERM=con%dx%d", CON_COLS, CON_ROWS);
    	envp[1] = term;
    	envp_rc[1] = term;
    	drive_info = DRIVE_INFO;
    
    	/* 根据机器物理内存容量设置高速缓冲区和主内存区的起始地址 */
    	memory_end = (1 << 20) + (EXT_MEM_K << 10); /* 1M + 扩展内存大小 */
    	memory_end &= 0xfffff000;					/* 忽略不到4K(1页)的内存 */
    	if (memory_end > 16 * 1024 * 1024) {		/* 最多管理16M内存 */
    		memory_end = 16 * 1024 * 1024;
    	}
    
    	if (memory_end > 12 * 1024 * 1024) {
    		buffer_memory_end = 4 * 1024 * 1024;
    	} else if (memory_end > 6 * 1024 * 1024) {
    		buffer_memory_end = 2 * 1024 * 1024;
    	} else {
    		buffer_memory_end = 1 * 1024 * 1024;
    	}
    	main_memory_start = buffer_memory_end;
    #ifdef RAMDISK	/* 如果定义了虚拟盘，则主内存还得相应减少 */
    	main_memory_start += rd_init(main_memory_start, RAMDISK*1024);
    #endif
    
    /* 以下是内核进行所有方面的初始化工作 */
    	mem_init(main_memory_start, memory_end);/* 主内存区初始化 */
    	trap_init();							/* 陷阱门初始化 */
    	blk_dev_init();							/* 块设备初始化 */
    	chr_dev_init();							/* 字符设备初始化 */
    	tty_init();								/* tty初始化 */
    	time_init();							/* 设置开机启动时间 */
    	sched_init();							/* 调度程序初始化 */
    	buffer_init(buffer_memory_end);			/* 缓冲管理初始化 */
    	hd_init();								/* 硬盘初始化 */
    	floppy_init();							/* 软驱初始化 */
    
    	sti();									/* 开启中断 */
    	move_to_user_mode();
    	if (!fork()) {							/* we count on this going ok */
    		/* 创建任务1（init进程） */
    		init();
    	}
    /*
     *   NOTE!!   For any other task 'pause()' would mean we have to get a
     * signal to awaken, but task0 is the sole exception (see 'schedule()')
     * as task 0 gets activated at every idle moment (when no other tasks
     * can run). For task0 'pause()' just means we go check if some other
     * task can run, and if not we return here.
     */
    /*
     * 注意!! 对于任何其他的任务，“pause()”将意味着我们必须等待收到信号才会返回就绪态，但任务0
     * 是唯一例外的情况(参见“schedule()”)，因为任务0在任何空闲时间里都会被激活，因此对于任务
     * 0 “pause()”仅意味着我们返回来查看是否有其他任务可以运行，如果没有的话，我们就在这里一直循
     * 环执行。
     */
    
    	/* 调度函数发现系统中没有其他程序可以运行就会切换到任务0 */
    	for(;;) {
    		__asm__("int $0x80"::"a" (__NR_pause));
    	}
    }
    
    
    int printf(const char *fmt, ...)
    {
    	va_list args;
    	int i;
    
    	va_start(args, fmt);
    	write(1, printbuf, i = vsprintf(printbuf, fmt, args));
    	va_end(args);
    	return i;
    }
    
    /* init()函数主要完成4件事：
     *		1. 安装根文件系统
     *		2. 显示系统信息
     *		3. 运行系统初始资源配置文件rc中的命令
     *		4. 执行用户登录shell程序
    */
    void init(void)
    {
    	int pid, i;
    
    	setup((void *) &drive_info);
    
    	(void) open("/dev/tty1", O_RDWR, 0);	/* stdin */
    	(void) dup(0);							/* stdout */
    	(void) dup(0);							/* stderr */
    
    	printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r", NR_BUFFERS, NR_BUFFERS * BLOCK_SIZE);
    	printf("Free mem: %d bytes\n\r", memory_end - main_memory_start);
    
    	/* fork出任务2 */
    	if (!(pid = fork())) {
    		/* 将stdin重定向到/etc/rc文件，shell程序会在运行完/etc/rc中设置的命令后退出 */
    		close(0);
    		if (open("/etc/rc", O_RDONLY, 0)) {
    			_exit(1);
    		}
    		execve("/bin/sh", argv_rc, envp_rc);
    		_exit(2);
    	}
    
    	if (pid > 0) {	/* init进程等待任务2退出 */
    		while (pid != wait(&i)) {
    			/* nothing */;
    		}
    	}
    	/* 系统将始终在这个循环中 */
    	while (1) {
    		if ((pid = fork()) < 0) {
    			printf("Fork failed in init\r\n");
    			continue;
    		}
    		/* 新的子进程，关闭句柄（0，1，2），新创建一个会话并设置进程组号，然后重新打开/dev/tty0作
    		 为stdin，并复制成stdout和stderr。以登录方式再次执行/bin/sh */
    		if (!pid) {
    			close(0);close(1);close(2);
    			setsid();
    			(void) open("/dev/tty1", O_RDWR, 0);
    			(void) dup(0);
    			(void) dup(0);
    			_exit(execve("/bin/sh", argv, envp));
    		}
    		/* 然后父进程再次运行wait()等待 */
    		while (1) {
    			if (pid == wait(&i)) {
    				break;
    			}
    		}
    		printf("\n\rchild %d died with code %04x\n\r", pid, i);
    		sync();
    	}
    	_exit(0);	/* NOTE! _exit, not exit() */
    	/* _exit和exit都能用于正常终止一个函数。但_exit()直接是一个sys_exit的系统调用，而exit()则
    	 是普通函数库中的一个函数。它会先进行一些清除操作，例如调用执行各终止处理程序，关闭所有标
    	 准IO等，然后调用sys_exit。*/
    }

### 4、main.c代码解读 ###

#define __LIBRARY__

### 为了包括定义在unistd.h中的内嵌汇编代码等信息，对应于unistd.h中 \#ifdef \_\_LIBRARY\_\_ 到后一个 \#endif 的部分代码。 ###

static inline _syscall0(int, fork)

### \_syscall0是定义在unistd.h中 \_\_LIBRARY\_\_  宏部分的的内嵌宏代码。以嵌入汇编的形式调用linux的系统调用中断0x80。该中断是所有系统调用的入口。这条语句实际上是int fork（）创建进程系统调用。syscall0结尾0表示无参数，1表示1个参数，以此类推。下面展开该函数的实现。 ###

### 先来看看\_syscall0的定义 ###

#define _syscall0(type, name) 						\
    type name(void)		 								\
    { 													\
    	long __res; 									\
    	__asm__ volatile ("int $0x80"  					\
    		: "=a" (__res)								\
    		: "0" (__NR_##name));						\
    	if (__res >= 0)	{								\
    		return (type) __res; 						\
    	}												\
    	errno = -__res;									\
    	return -1; 										\
    }

### 不带参数的系统调用宏函数。type name(void)。 name 是系统调用的名称，与 NR\_ 组合形成上面的系统调用符号常数，从而用来对系统调用表中函数指针寻址。返回：如果返回值大于等于 0，则返回该值，否则置出错号 errno，并返回-1。在宏定义中，若在两个标记符号之间有两个连续的井号'\#\#'，则表示在宏替换时会把这两个标记符号连接在一起。例如  NR\_\#\#name，在替换了参数 name（例如是 fork）之后，最后在程序中出现的将会是符号 NR\_fork。因为宏语句需要定义在一行上，所以使用“\\”把这些语句连成一行。 ###

### 把\_syscall0（int，fork）代入后得到如下代码 ###

static inline int fork(void)
    {
        long res;
        asm volatile ("int $0x80" : "=a" ( res) : "0" (  NR_fork)); 
        if ( res >= 0)
            return (int) res; 
        errno = - res;
        return -1;
    }

### 这里对嵌入汇编语法作简单说明。具有输入和输出参数的嵌入汇编语法的基本格式为：asm(“汇编语句”: 输出寄存器: 输入寄存器: 会被修改的寄存器)；\_\_asm\_\_是GCC关键字asm的宏定义：\#define \_\_asm\_\_ asm。\_\_asm\_\_和asm是一个东西。如果不希望汇编语句被 GCC 优化而作修改，就需要在 asm 符号后面添加关键词 volatile。int $0x80是一条AT&T语法的中断指令，用于Linux的系统调用。翻译成Intel的语法那就是：int 80h。int表示中断，数字0x80是中断号。"=a"中的"a"称为加载代码，"="表示这是输出寄存器，并且其中的值将被输出值替代。加载代码是 CPU 寄存器、内存地址以及一些数值的简写字母代号。“0”(\_NR\_fork) 意思是将fork在sys\_call\_table\[\]中对应的函数编号\_NR\_fork也就是2，将2传给eax寄存器。这个编号就是sys\_fork()函数在sys\_call\_table中的偏移值，其他的系统调用在sys\_call\_table均存在偏移值()。 ###

## ##

mem_init(main_memory_start, memory_end);

### 主内存区初始化函数，具体实现在kernel/mm/memory.c中，原型如下 ###

void mem_init(long start_mem, long end_mem)
    {
    	int i;
    
    	/* 首先，将1MB到16MB范围内的内存页面对应的数组项置为USED(100)，即已占用状态 */
    	HIGH_MEMORY = end_mem;			/* 设置内存最高端 */
    	for (i = 0; i < PAGING_PAGES; i++) {
    		mem_map[i] = USED;
    	}
    
    	/* 找到主内存区起始位置处页面号i */
    	i = MAP_NR(start_mem);
    
    	/* 得到主内存区的页面的数量 */								
    	end_mem -= start_mem;
    	end_mem >>= 12;
    
    	/* 将主内存区对应的页面的使用数置0，即未使用 */
    	while (end_mem-- > 0) {
    		mem_map[i++] = 0;
    	}
    }

## ##

trap_init();

### 陷阱门初始化，具体实现在kernel/trap.c中，原型如下 ###

void trap_init(void)
    {
    	int i;
    
    	set_trap_gate(0, &divide_error);				/* 设置除操作出错的中断向量值 */
    	set_trap_gate(1, &debug);
    	set_trap_gate(2, &nmi);
    	set_system_gate(3, &int3);						/* int3-5 can be called from all */
    	set_system_gate(4, &overflow);
    	set_system_gate(5, &bounds);
    	set_trap_gate(6, &invalid_op);
    	set_trap_gate(7, &device_not_available);		/* 函数未实现 */
    	set_trap_gate(8, &double_fault);
    	set_trap_gate(9, &coprocessor_segment_overrun);
    	set_trap_gate(10, &invalid_TSS);
    	set_trap_gate(11, &segment_not_present);
    	set_trap_gate(12, &stack_segment);
    	set_trap_gate(13, &general_protection);
    	set_trap_gate(14, &page_fault);
    	set_trap_gate(15, &reserved);
    	set_trap_gate(16, &coprocessor_error);			/* 函数未实现 */
    	set_trap_gate(17, &alignment_check);
    	/* 下面把int17-47的陷阱门先均设置为reserved，以后各硬件初始化时会重新设置自己的陷阱门 */
    	for (i = 18; i < 48; i++) {
    		set_trap_gate(i, &reserved);
    	}
    	/* 设置协处理器中断0x2d(45)陷阱门描述符，并允许其产生中断请求。设置并行口中断描述符 */
    	set_trap_gate(45, &irq13);
    	outb_p(inb_p(0x21)&0xfb, 0x21);					/* 允许8259A主芯片的IRQ2中断请求(连接从芯片) */
    	outb(inb_p(0xA1)&0xdf, 0xA1);					/* 允许8259A从芯片的IRQ13中断请求(协处理器中断) */
    	set_trap_gate(39, &parallel_interrupt);			/* 设置并行口1的中断0x27陷阱门描述符 */
    }

## ##

blk_dev_init();

### 块设备初始化，实现在kernel/blk\_drv/ll\_rw\_blk.c中，原型如下 ###

void blk_dev_init(void)
    {
    	int i;
    
    	for (i = 0; i < NR_REQUEST; i++) {
    		request[i].dev = -1;
    		request[i].next = NULL;
    	}
    }

### 主要是初始化块设备的请求数组request\[\] ###

chr_dev_init();

### 字符设备初始化，实现在kernel/chr\_drv/tty\_io.c中，原型如下 ###

void chr_dev_init(void)
    {
    
    }

### 空，为以后扩展做准备。 ###

## ##

tty_init();

### tty终端初始化，实现在kernel/chr\_drv/tty\_io.c，原型如下 ###

void tty_init(void)
    {
    	int i;
    
    	/* 初始化所有终端的缓冲队列结构，设置初值 */
    	for (i = 0; i < QUEUES; i++) {
    		tty_queues[i] = (struct tty_queue) {0, 0, 0, 0, ""};
    	}
    	/* 对于串行终端的读/写缓冲队列,将它们的data字段设置为串行端口基地址值.串口1是
    	 0x3f8,串口2是0x2f8 */
    	rs_queues[0] = (struct tty_queue) {0x3f8, 0, 0, 0, ""};
    	rs_queues[1] = (struct tty_queue) {0x3f8, 0, 0, 0, ""};
    	rs_queues[3] = (struct tty_queue) {0x2f8, 0, 0, 0, ""};
    	rs_queues[4] = (struct tty_queue) {0x2f8, 0, 0, 0, ""};
    	/* 初步设置所有终端的tty结构 */
    	for (i = 0; i < 256; i++) {
    		tty_table[i] =  (struct tty_struct) {
    			{0, 0, 0, 0, 0, INIT_C_CC},
    			0, 0, 0, NULL, NULL, NULL, NULL
    		};
    	}
    	con_init();
    	for (i = 0; i < NR_CONSOLES; i++) {
    		con_table[i] = (struct tty_struct) {
    			{ICRNL,		/* change incoming CR to NL */ /* CR转NL */
    			OPOST|ONLCR,/* change outgoing NL to CRNL */ /* NL转CRNL */
    			0,
    			IXON | ISIG | ICANON | ECHO | ECHOCTL | ECHOKE,
    			0,			/* console termio */
    			INIT_C_CC},
    			0,			/* initial pgrp */
    			0,			/* initial session */
    			0,			/* initial stopped */
    			con_write,
    			con_queues+0+i*3,con_queues+1+i*3,con_queues+2+i*3
    		};
    	}
    	for (i = 0; i < NR_SERIALS; i++) {
    		rs_table[i] = (struct tty_struct) {
    			{0, /* no translation */
    			0,  /* no translation */
    			B2400 | CS8,
    			0,
    			0,
    			INIT_C_CC},
    			0,
    			0,
    			0,
    			rs_write,
    			rs_queues+0+i*3,rs_queues+1+i*3,rs_queues+2+i*3
    		};
    	}
    	/* 初始化伪终端使用的tty结构 */
    	for (i = 0; i < NR_PTYS; i++) {
    		mpty_table[i] = (struct tty_struct) {
    			{0, /* no translation */
    			0,  /* no translation */
    			B9600 | CS8,
    			0,
    			0,
    			INIT_C_CC},
    			0,
    			0,
    			0,
    			mpty_write,
    			mpty_queues+0+i*3,mpty_queues+1+i*3,mpty_queues+2+i*3
    		};
    		spty_table[i] = (struct tty_struct) {
    			{0, /* no translation */
    			0,  /* no translation */
    			B9600 | CS8,
    			IXON | ISIG | ICANON,
    			0,
    			INIT_C_CC},
    			0,
    			0,
    			0,
    			spty_write,
    			spty_queues+0+i*3,spty_queues+1+i*3,spty_queues+2+i*3
    		};
    	}
    	/* 初始化串行中断处理程序和串行接口1和2（serial.c），并显示系统含有的虚拟控制台
    	 数NR_CONSOLES和伪终端数NR_PTYS。 */
    	rs_init();
    	printk("%d virtual consoles\n\r", NR_CONSOLES);
    	printk("%d pty's\n\r", NR_PTYS);
    }

### 初始化所有终端缓冲队列，初始化串口终端和控制台终端 ###

## ##

time_init();

### 设置开机启动时间，实现main.c中，原型如下 ###

static void time_init(void)
    {
    	struct tm time;
    
    	do {
    		time.tm_sec = CMOS_READ(0);
    		time.tm_min = CMOS_READ(2);
    		time.tm_hour = CMOS_READ(4);
    		time.tm_mday = CMOS_READ(7);
    		time.tm_mon = CMOS_READ(8);		/* 当前月份(1~12) */
    		time.tm_year = CMOS_READ(9);
    	} while (time.tm_sec != CMOS_READ(0));
    	BCD_TO_BIN(time.tm_sec);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_min);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_hour);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_mday);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_mon);
    	BCD_TO_BIN(time.tm_year);
    	time.tm_mon--;						/* ti_mon中的月份范围是 0 ~ 11 */
    	startup_time = kernel_mktime(&time);/* 计算开机时间。*/
    }

### CMOS的访问时间很慢。为了减小时间误差，在读取了下面循环中所有数值后，若此时CMOS中秒值发生了变化，则重新读取。这样能控制误差在1s内。 ###

### 重点看一下main.c中CMOS\_READ()这个函数 ###

#define CMOS_READ(addr) ({		\
    	outb_p(0x80 | addr, 0x70);	\
    	inb_p(0x71); 				\
    })

### 先看看定义在中include/asm/io.h的outb\_p(value, port)函数 ###

#define outb_p(value, port) 										\
    	__asm__ ("outb %%al,%%dx\n"										\
    			"\tjmp 1f\n"											\
    			"1:\tjmp 1f\n" 											\
    			"1:"::"a" (value),"d" (port))

### 硬件端口字节输出函数(带延迟)，使用两条跳转语句来延迟一会儿，value为欲输出字节，port为端口。为了让 gcc 编译产生的汇编语言程序中寄存器名称前有一个百分号"%"，在嵌入汇编语句寄存器名称前就必须写上两个百分号"%%"。 ###

### 再看看定义在include/asm/io.h的inb\_p(port)函数 ###

#define inb_p(port) ({												\
    	unsigned char _v;												\
    	__asm__ volatile (												\
    		"inb %%dx,%%al\n"											\
    		"\tjmp 1f\n"												\
    		"1:\tjmp 1f\n"												\
    		"1:":"=a" (_v):"d" (port));									\
    	_v; 															\
    	})

### 硬件端口字节输入函数(带延迟)，使用两条跳转语句来延迟一会儿，port为端口，返回读取的字节。 ###

## ##

sched_init();

### 调度程序初始化函数，实现在kernel/sched.c中，原型如下 ###

void sched_init(void)
    {
    	int i;
    	struct desc_struct * p;	/* 描述符表结构指针 */
    
    	/* 这个判断语句并无必要 */
    	if (sizeof(struct sigaction) != 16) {
    		panic("Struct sigaction MUST be 16 bytes");
    	}
    	set_tss_desc(gdt+FIRST_TSS_ENTRY, &(init_task.task.tss));
    	set_ldt_desc(gdt+FIRST_LDT_ENTRY, &(init_task.task.ldt));
    	p = gdt + 2 + FIRST_TSS_ENTRY;
    	for(i = 1; i < NR_TASKS; i++) {
    		task[i] = NULL;
    		p->a = p->b = 0;
    		p++;
    		p->a = p->b = 0;
    		p++;
    	}
    /* Clear NT, so that we won't have troubles with that later on */
    	__asm__("pushfl ; andl $0xffffbfff,(%esp) ; popfl");
    	ltr(0);
    	lldt(0);
    	outb_p(0x36,0x43);				/* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
    	outb_p(LATCH & 0xff , 0x40);	/* LSB */
    	outb(LATCH >> 8 , 0x40);		/* MSB */
    	set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
    	outb(inb_p(0x21)&~0x01,0x21);
    
    	/* 设置系统调用的系统陷阱 */
    	set_system_gate(0x80,&system_call);
    }

### 我们来看看set\_tss\_desc(,)函数的实现 ###

#define set_tss_desc(n,addr)	_set_tssldt_desc(((char *) (n)),addr, "0x89")

### 这里是为了在全局表中设置任务状态段描述符(任务状态段描述符的类型是0x89)，n表示该描述符的指针，addr表示描述符项中段的基地址值。现在来看\_set\_tssldt\_desc(n,addr,type)函数的实现 ###

#define _set_tssldt_desc(n,addr,type)								\
    __asm__ (															\
    	"movw $104,%1\n\t"												\
    	"movw %%ax,%2\n\t"												\
    	"rorl $16,%%eax\n\t"											\
    	"movb %%al,%3\n\t"												\
    	"movb $" type ",%4\n\t"											\
    	"movb $0x00,%5\n\t"												\
    	"movb %%ah,%6\n\t"												\
    	"rorl $16,%%eax"												\
    	::"a" (addr), "m" (*(n)), "m" (*(n+2)), "m" (*(n+4)),			\
    	 "m" (*(n+5)), "m" (*(n+6)), "m" (*(n+7))						\
    	)

### 这是在全局表中设置任务状态段/局部表描述符，n为在全局表中描述符项n所对应的地址，addr为状态段/局部表所在内存的基地址，type为描述符中的标志类型字节。 ###

### 我们再来看看sched\_init()中set\_ldt\_desc(,)的实现 ###

#define set_ldt_desc(n, addr)	_set_tssldt_desc(((char *) (n)),addr, "0x82")

### 这里和set\_tss\_desc(n,addr)唯一不同的是局部表段描述符的类型是0x82，作用同样是在全局表中设置局部表描述符。 ###

## ##

### 我们再来看看main.c中buffer\_init()的实现 ###

void buffer_init(long buffer_end)
    {
    	struct buffer_head * h = start_buffer;
    	void * b;
    	int i;
    	/* 跳过640KB~1MB的内存空间，该段空间被显示内存和BIOS占用 */
    	if (buffer_end == 1<<20) {
    		b = (void *) (640*1024);
    	}
    	else {
    		b = (void *) buffer_end;
    	}
    	while ( (b -= BLOCK_SIZE) >= ((void *) (h+1)) ) {
    		h->b_dev = 0;
    		h->b_dirt = 0;
    		h->b_count = 0;
    		h->b_lock = 0;
    		h->b_uptodate = 0;
    		h->b_wait = NULL;
    		h->b_next = NULL;
    		h->b_prev = NULL;
    		h->b_data = (char *) b;
    		/* 以下两句形成双向链表 */
    		h->b_prev_free = h - 1;
    		h->b_next_free = h + 1;
    		h ++;
    		NR_BUFFERS ++;
    		/* 同样为了跳过 640KB~1MB 的内存空间 */
    		if (b == (void *) 0x100000)
    			b = (void *) 0xA0000;
    	}
    	h --;						/* 让h指向最后一个有效缓冲块头 */
    	free_list = start_buffer;	/* 让空闲链表头指向头一个缓冲块 */
    	free_list->b_prev_free = h; /* 链表头的b_prev_free指向前一项(即最后一项) */
    	h->b_next_free = free_list; /* 表尾指向表头，形成环形双向链表 */
    	/* 初始化hash表 */
    	for (i = 0; i < NR_HASH; i++) {
    		hash_table[i]=NULL;
    	}
    }

### 这是缓冲管理初始化函数，主要是为了缓冲区初始化，缓冲区低端内存被初始化成缓冲头部，缓冲区高端内存被初始化缓冲区。buffer\_end是一个>=1M的值。该初始化函数在init/main.c调用。buffer\_end为高速缓冲区结束的内存地址。 ###

## ##

### 现在来看main.c中hd\_init()的实现 ###

void hd_init(void)
    {
    	blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST;     // do_hd_request()
    	set_intr_gate(0x2E,&hd_interrupt);  // 设置中断门中处理函数指针              
    	outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);    // 复位主片上接联引脚屏蔽位（位 2）
    	outb(inb_p(0xA1)&0xbf,0xA1);    // 复位从片上硬盘中断请求屏蔽位（位 6）
    }

### 硬盘系统初始化。设置硬盘中断描述符，并允许硬盘控制器发送中断请求信号。 ###

## ##

### main.c中floppy\_init()的实现 ###

void floppy_init(void)
    {
        // 设置软盘中断门描述符。floppy_interrupt 是其中断处理过程，见 kernel/sys_call.s，267 行。
        // 中断号为 int 0x26（38），对应 8259A 芯片中断请求信号 IRQ6。
    	blk_size[MAJOR_NR] = floppy_sizes;
    	blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST;    // = do_fd_request()
    	set_trap_gate(0x26, &floppy_interrupt);    // 设置陷阱门描述符
    	outb(inb_p(0x21)&~0x40,0x21);    // 复位软盘中断请求屏蔽位
    }

### 软盘初始化。 ###

## ##

### main.c中sti()实现 ###

#define sti() __asm__ ("sti"::)

### 开启中断 ###

## ##

### main.c中move\_to\_user\_mode()实现 ###

#define move_to_user_mode()						\
    __asm__ (										\
    	"movl %%esp,%%eax\n\t"						\    // 保存堆栈指针 eap 到 eax 寄存器中。
    	"pushl $0x17\n\t"							\    //	首先将堆栈段选择符(SS)入栈。
    	"pushl %%eax\n\t"							\    //	然后将保存的堆栈指针值(esp)入栈。
    	"pushfl\n\t"								\    //	将标志寄存器(eflags)内容入栈。
    	"pushl $0x0f\n\t"							\    //	将Task0 代码段选择符(cs)入栈。
    	"pushl $1f\n\t"								\    //	将下面标号 1 的偏移地址(eip)入栈。
    	"iret\n"									\    //	执行中断返回指令，跳转到下面标号 1处。
    "1:\tmovl $0x17,%%eax\n\t"						\    //	此时开始执行任务 0，
    	"mov %%ax,%%ds\n\t"							\    //	初始化段寄存器指向本局部表的数据段。
    	"mov %%ax,%%es\n\t"							\
    	"mov %%ax,%%fs\n\t"							\
    	"mov %%ax,%%gs"								\
    	:::"ax")

### 主要是利用iret指令实现从内核模式移到用户模式去执行初始任务0 ###

## ##

### main.c中init()实现 ###

void init(void)
    {
    	int pid, i;
    
    	setup((void *) &drive_info);
    
    	(void) open("/dev/tty1", O_RDWR, 0);	/* stdin */
    	(void) dup(0);							/* stdout */
    	(void) dup(0);							/* stderr */
    
    	printf("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r", NR_BUFFERS, NR_BUFFERS * BLOCK_SIZE);
    	printf("Free mem: %d bytes\n\r", memory_end - main_memory_start);
    
    	/* fork出任务2 */
    	if (!(pid = fork())) {
    		/* 将stdin重定向到/etc/rc文件，shell程序会在运行完/etc/rc中设置的命令后退出 */
    		close(0);
    		if (open("/etc/rc", O_RDONLY, 0)) {
    			_exit(1);
    		}
    		execve("/bin/sh", argv_rc, envp_rc);
    		_exit(2);
    	}
    
    	if (pid > 0) {	/* init进程等待任务2退出 */
    		while (pid != wait(&i)) {
    			/* nothing */;
    		}
    	}
    	/* 系统将始终在这个循环中 */
    	while (1) {
    		if ((pid = fork()) < 0) {
    			printf("Fork failed in init\r\n");
    			continue;
    		}
    		/* 新的子进程，关闭句柄（0，1，2），新创建一个会话并设置进程组号，然后重新打开/dev/tty0作
    		 为stdin，并复制成stdout和stderr。以登录方式再次执行/bin/sh */
    		if (!pid) {
    			close(0);close(1);close(2);
    			setsid();
    			(void) open("/dev/tty1", O_RDWR, 0);
    			(void) dup(0);
    			(void) dup(0);
    			_exit(execve("/bin/sh", argv, envp));
    		}
    		/* 然后父进程再次运行wait()等待 */
    		while (1) {
    			if (pid == wait(&i)) {
    				break;
    			}
    		}
    		printf("\n\rchild %d died with code %04x\n\r", pid, i);
    		sync();
    	}
    	_exit(0);	/* NOTE! _exit, not exit() */
    	/* _exit和exit都能用于正常终止一个函数。但_exit()直接是一个sys_exit的系统调用，而exit()则
    	 是普通函数库中的一个函数。它会先进行一些清除操作，例如调用执行各终止处理程序，关闭所有标
    	 准IO等，然后调用sys_exit。*/
    }

### init()实现了四个目的，安装根文件系统、显示系统信息、运行系统初始资源配置文件rc中的命令、执行用户登录shell程序。 ###

### 先来看看open(, , ...)函数 ###

int open(const char * filename, int flag, ...)
    {
    	register int res;
    	va_list arg;
    
    	va_start(arg, flag);
    	__asm__(
    		"int $0x80"
    		:"=a" (res)
    		:"0" (__NR_open), "b" (filename), "c" (flag), "d" (va_arg(arg, int))
    	);
    	if (res >= 0){
    		return res;
    	}
    	errno = -res;
    	return -1;
    }

### 打开文件函数。打开一个文件或在文件不存在时创建一个文件。参数：filename - 文件名；flag - 文件打开标志；...返回：文件描述符，若出错则置出错码，并返回-1。 ###

## ##

### main.c中(void)dup(0)的实现。(void)是为了强制无返回值。先看该函数对应的宏（定义在lib/dup.c中） ###

_syscall1(int, dup, int, fd)

### 复制文件描述符（句柄）函数。下面该宏对应函数原型：int dup(int fd)。直接调用了系统中断 int 0x80，参数是 NR\_dup。其中 fd 是文件描述符。然后把参数代入宏即可。 ###

### main.c中sync()实现也类似。 ###

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