main.c

带中文注释的Linux+0.11+源代码

/*
 * linux/init/main.c
 *
 * (C) 1991 Linus Torvalds
 */

#define __LIBRARY__		// 定义该变量是为了包括定义在unistd.h 中的内嵌汇编代码等信息。
#include <unistd.h>		// *.h 头文件所在的默认目录是include/，则在代码中就不用明确指明位置。
// 如果不是UNIX 的标准头文件，则需要指明所在的目录，并用双引号括住。
// 标准符号常数与类型文件。定义了各种符号常数和类型，并申明了各种函数。
// 如果定义了__LIBRARY__，则还包括系统调用号和内嵌汇编代码_syscall0()等。
#include <time.h>		// 时间类型头文件。其中最主要定义了tm 结构和一些有关时间的函数原形。

/*
 * 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(forking)将导致没有写时复制（COPY ON WRITE）!!!
 * 直到一个执行execve 调用。这对堆栈可能带来问题。处理的方法是在fork()调用之后不让main()使用
 * 任何堆栈。因此就不能有函数调用 - 这意味着fork 也要使用内嵌的代码，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
 * 定义了其它一些函数。
 */
static inline
_syscall0 (int, fork)		// 是unistd.h 中的内嵌宏代码。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。该条语句实际上是int fork()创建进程系统调用。
	// syscall0 名称中最后的0 表示无参数，1 表示1 个参数。
     static inline _syscall0 (int, pause)	// int pause()系统调用：暂停进程的执行，直到
	// 收到一个信号。
     static inline _syscall1 (int, setup, void *, BIOS)	// 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）。
     static inline _syscall0 (int, sync)	// int sync()系统调用：更新文件系统。
#include <linux/tty.h>		// tty 头文件，定义了有关tty_io，串行通信方面的参数、常数。
#include <linux/sched.h>	// 调度程序头文件，定义了任务结构task_struct、第1 个初始任务
	// 的数据。还有一些以宏的形式定义的有关描述符参数设置和获取的
	// 嵌入式汇编函数程序。
#include <linux/head.h>		// head 头文件，定义了段描述符的简单结构，和几个选择符常量。
#include <asm/system.h>		// 系统头文件。以宏的形式定义了许多有关设置或修改
	// 描述符/中断门等的嵌入式汇编子程序。
#include <asm/io.h>		// io 头文件。以宏的嵌入汇编程序形式定义对io 端口操作的函数。
#include <stddef.h>		// 标准定义头文件。定义了NULL, offsetof(TYPE, MEMBER)。
#include <stdarg.h>		// 标准参数头文件。以宏的形式定义变量参数列表。主要说明了-个
	// 类型(va_list)和三个宏(va_start, va_arg 和va_end)，vsprintf、
	// vprintf、vfprintf。
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>		// 文件控制头文件。用于文件及其描述符的操作控制常数符号的定义。
#include <sys/types.h>		// 类型头文件。定义了基本的系统数据类型。
#include <linux/fs.h>		// 文件系统头文件。定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode 等）。
     static char printbuf[1024];	// 静态字符串数组。

     extern int vsprintf ();	// 送格式化输出到一字符串中（在kernel/vsprintf.c，92 行）。
     extern void init (void);	// 函数原形，初始化（在168 行）。
     extern void blk_dev_init (void);	// 块设备初始化子程序（kernel/blk_drv/ll_rw_blk.c,157 行）
     extern void chr_dev_init (void);	// 字符设备初始化（kernel/chr_drv/tty_io.c, 347 行）
     extern void hd_init (void);	// 硬盘初始化程序（kernel/blk_drv/hd.c, 343 行）
     extern void floppy_init (void);	// 软驱初始化程序（kernel/blk_drv/floppy.c, 457 行）
     extern void mem_init (long start, long end);	// 内存管理初始化（mm/memory.c, 399 行）
     extern long rd_init (long mem_start, int length);	//虚拟盘初始化(kernel/blk_drv/ramdisk.c,52)
     extern long kernel_mktime (struct tm *tm);	// 建立内核时间（秒）。
     extern long startup_time;	// 内核启动时间（开机时间）（秒）。

	/*
	 * This is set up by the setup-routine at boot-time
	 */
	/*
	 * 以下这些数据是由setup.s 程序在引导时间设置的（参见第2 章2.3.1 节中的表2.1）。
	 */
#define EXT_MEM_K (*(unsigned short *)0x90002)	// 1M 以后的扩展内存大小（KB）。
#define DRIVE_INFO (*(struct drive_info *)0x90080)	// 硬盘参数表基址。
#define ORIG_ROOT_DEV (*(unsigned short *)0x901FC)	// 根文件系统所在设备号。

	/*
	 * 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.
	 */
	/*
	 * 是啊，是啊，下面这段程序很差劲，但我不知道如何正确地实现，而且好象它还能运行。如果有
	 * 关于实时时钟更多的资料，那我很感兴趣。这些都是试探出来的，以及看了一些bios 程序，呵！
	 */

#define CMOS_READ(addr) ({ \	// 这段宏读取CMOS 实时时钟信息。
outb_p (0x80 | addr, 0x70);
\				// 0x70 是写端口号，0x80|addr 是要读取的CMOS 内存地址。
  inb_p (0x71);
\				// 0x71 是读端口号。
}

)
#define BCD_TO_BIN(val) ((val)=((val)&15) + ((val)>>4)*10)	// 将BCD 码转换成数字。
     static void time_init (void)	// 该子程序取CMOS 时钟，并设置开机时间??startup_time(秒)。
     {
       struct tm time;

       do
	 {
	   time.tm_sec = CMOS_READ (0);	// 参见后面CMOS 内存列表。
	   time.tm_min = CMOS_READ (2);
	   time.tm_hour = CMOS_READ (4);
	   time.tm_mday = CMOS_READ (7);
	   time.tm_mon = CMOS_READ (8);
	   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--;
       startup_time = kernel_mktime (&time);
     }

static long memory_end = 0;	// 机器具有的内存（字节数）。
static long buffer_memory_end = 0;	// 高速缓冲区末端地址。
static long main_memory_start = 0;	// 主内存（将用于分页）开始的位置。

struct drive_info
{
  char dummy[32];
}

drive_info;			// 用于存放硬盘参数表信息。

void main (void)		/* This really IS void, no error here. */
{				/* The startup routine assumes (well, ...) this */
  /* 这里确实是void，并没错。在startup 程序(head.s)中就是这样假设的。 */
  // 参见head.s 程序第136 行开始的几行代码。
  /*
   * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then
   * enable them
   */
  /*
   * 此时中断仍被禁止着，做完必要的设置后就将其开启。
   */
  // 下面这段代码用于保存：
  // 根设备号 ??ROOT_DEV； 高速缓存末端地址??buffer_memory_end；
  // 机器内存数??memory_end；主内存开始地址 ??main_memory_start；
  ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV;
  drive_info = DRIVE_INFO;
  memory_end = (1 << 20) + (EXT_MEM_K << 10);	// 内存大小=1Mb 字节+扩展内存(k)*1024 字节。
  memory_end &= 0xfffff000;	// 忽略不到4Kb（1 页）的内存数。
  if (memory_end > 16 * 1024 * 1024)	// 如果内存超过16Mb，则按16Mb 计。
    memory_end = 16 * 1024 * 1024;
  if (memory_end > 12 * 1024 * 1024)	// 如果内存>12Mb，则设置缓冲区末端=4Mb
    buffer_memory_end = 4 * 1024 * 1024;
  else if (memory_end > 6 * 1024 * 1024)	// 否则如果内存>6Mb，则设置缓冲区末端=2Mb
    buffer_memory_end = 2 * 1024 * 1024;
  else
    buffer_memory_end = 1 * 1024 * 1024;	// 否则则设置缓冲区末端=1Mb
  main_memory_start = buffer_memory_end;	// 主内存起始位置=缓冲区末端；
#ifdef RAMDISK			// 如果定义了虚拟盘，则主内存将减少。
  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。阅读时最好跟着调用的程序深入进去看，实在看
  // 不下去了，就先放一放，看下一个初始化调用 -- 这是经验之谈?。
  mem_init (main_memory_start, memory_end);
  trap_init ();			// 陷阱门（硬件中断向量）初始化。（kernel/traps.c，181 行）
  blk_dev_init ();		// 块设备初始化。 （kernel/blk_dev/ll_rw_blk.c，157 行）
  chr_dev_init ();		// 字符设备初始化。 （kernel/chr_dev/tty_io.c，347 行）
  tty_init ();			// tty 初始化。 （kernel/chr_dev/tty_io.c，105 行）
  time_init ();			// 设置开机启动时间??startup_time（见76 行）。
  sched_init ();		// 调度程序初始化(加载了任务0 的tr, ldtr) （kernel/sched.c，385）
  buffer_init (buffer_memory_end);	// 缓冲管理初始化，建内存链表等。（fs/buffer.c，348）
  hd_init ();			// 硬盘初始化。 （kernel/blk_dev/hd.c，343 行）
  floppy_init ();		// 软驱初始化。 （kernel/blk_dev/floppy.c，457 行）
  sti ();			// 所有初始化工作都做完了，开启中断。
  // 下面过程通过在堆栈中设置的参数，利用中断返回指令切换到任务0。
  move_to_user_mode ();		// 移到用户模式。 （include/asm/system.h，第1 行）
  if (!fork ())
    {				/* we count on this going ok */
      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!! 对于任何其它的任务，'pause()'将意味着我们必须等待收到一个信号才会返
   * 回就绪运行态，但任务0（task0）是唯一的意外情况（参见'schedule()'），因为任务0 在
   * 任何空闲时间里都会被激活（当没有其它任务在运行时），因此对于任务0'pause()'仅意味着
   * 我们返回来查看是否有其它任务可以运行，如果没有的话我们就回到这里，一直循环执行'pause()'。
   */
  for (;;)
    pause ();
}

static int printf (const char *fmt, ...)
	// 产生格式化信息并输出到标准输出设备stdout(1)，这里是指屏幕上显示。参数'*fmt'指定输出将
	// 采用的格式，参见各种标准C 语言书籍。该子程序正好是vsprintf 如何使用的一个例子。
	// 该程序使用vsprintf()将格式化的字符串放入printbuf 缓冲区，然后用write()将缓冲区的内容
	// 输出到标准设备（1--stdout）。
{
  va_list args;
  int i;

    va_start (args, fmt);
    write (1, printbuf, i = vsprintf (printbuf, fmt, args));
    va_end (args);
    return i;
}

static char *argv_rc[] =
{
"/bin/sh", NULL};		// 调用执行程序时参数的字符串数组。
static char *envp_rc[] =
{
"HOME=/", NULL};		// 调用执行程序时的环境字符串数组。

static char *argv[] =
{
"-/bin/sh", NULL};		// 同上。
static char *envp[] =
{
"HOME=/usr/root", NULL};

void init (void)
{
  int pid, i;

  // 读取硬盘参数包括分区表信息并建立虚拟盘和安装根文件系统设备。
  // 该函数是在25 行上的宏定义的，对应函数是sys_setup()，在kernel/blk_drv/hd.c,71 行。
    setup ((void *) &drive_info);
    (void) open ("/dev/tty0", O_RDWR, 0);	// 用读写访问方式打开设备“/dev/tty0”，
  // 这里对应终端控制台。
  // 返回的句柄号0 -- stdin 标准输入设备。
    (void) dup (0);		// 复制句柄，产生句柄1 号 -- stdout 标准输出设备。
    (void) dup (0);		// 复制句柄，产生句柄2 号 -- stderr 标准出错输出设备。
    printf ("%d buffers = %d bytes buffer space\n\r", NR_BUFFERS, NR_BUFFERS * BLOCK_SIZE);	// 打印缓冲区块数和总字节数，每块1024 字节。
    printf ("Free mem: %d bytes\n\r", memory_end - main_memory_start);	//空闲内存字节数。
  // 下面fork()用于创建一个子进程(子任务)。对于被创建的子进程，fork()将返回0 值，
  // 对于原(父进程)将返回子进程的进程号。所以180-184 句是子进程执行的内容。该子进程
  // 关闭了句柄0(stdin)，以只读方式打开/etc/rc 文件，并执行/bin/sh 程序，所带参数和
  // 环境变量分别由argv_rc 和envp_rc 数组给出。参见后面的描述。
  if (!(pid = fork ()))
    {
      close (0);
      if (open ("/etc/rc", O_RDONLY, 0))
	_exit (1);		// 如果打开文件失败，则退出(/lib/_exit.c,10)。
      execve ("/bin/sh", argv_rc, envp_rc);	// 装入/bin/sh 程序并执行。
      _exit (2);		// 若execve()执行失败则退出(出错码2,“文件或目录不存在”)。
    }
  // 下面是父进程执行的语句。wait()是等待子进程停止或终止，其返回值应是子进程的进程号(pid)。
  // 这三句的作用是父进程等待子进程的结束。&i 是存放返回状态信息的位置。如果wait()返回值不
  // 等于子进程号，则继续等待。
  if (pid > 0)
    while (pid != wait (&i))
      /* nothing */ ;
  // 如果执行到这里，说明刚创建的子进程的执行已停止或终止了。下面循环中首先再创建一个子进程，
  // 如果出错，则显示“初始化程序创建子进程失败”的信息并继续执行。对于所创建的子进程关闭所有
  // 以前还遗留的句柄(stdin, stdout, stderr)，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。再次执行系统解释程序/bin/sh。但这次执行所
  // 选用的参数和环境数组另选了一套（见上面165-167 行）。然后父进程再次运行wait()等待。如果
  // 子进程又停止了执行，则在标准输出上显示出错信息“子进程pid 停止了运行，返回码是i”，然后
  // 继续重试下去…，形成“大”死循环。
  while (1)
    {
      if ((pid = fork ()) < 0)
	{
	  printf ("Fork failed in init\r\n");
	  continue;
	}
      if (!pid)
	{
	  close (0);
	  close (1);
	  close (2);
	  setsid ();
	  (void) open ("/dev/tty0", O_RDWR, 0);
	  (void) dup (0);
	  (void) dup (0);
	  _exit (execve ("/bin/sh", argv, envp));
	}
      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() */
}