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介绍linux下文件和设备编程

&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建目录cache（&quot;dentry_cache&quot;，dcache_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建与虚存相关的cache（&quot;vm_area_struct&quot;，&quot;mm_struct&quot;，vma_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;块设备读写缓冲区初始化（同时创建&quot;buffer_head&quot;cache用户加速访问，buffer_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建页cache（内存页hash表初始化，page_cache_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建信号队列cache（&quot;signal_queue&quot;，signals_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;初始化内存inode表（inode_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建内存文件描述符表（&quot;filp_cache&quot;，file_table_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;检查体系结构漏洞（对于alpha，此函数为空，check_bugs()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;SMP机器其余CPU（除当前引导CPU）初始化（对于没有配置SMP的内核，此函数为空，smp_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;启动init过程（创建第一个核心线程，调用init()函数，原执行序列调用cpu_idle() 等待调度，init()）<p>
至此start_kernel()结束，基本的核心环境已经建立起来了。<p>
对于I386平台<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; i386平台上的内核启动过程与此基本相同，所不同的主要是实现方式。<p>
对于2.4.x版内核<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2.4.x中变化比较大，但基本过程没变，变动的是各个数据结构的具体实现，比如Cache。<p>
四.外设初始化--内核引导第二部分<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; init()函数作为核心线程，首先锁定内核（仅对SMP机器有效），然后调用 do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化。过程如下：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;总线初始化（比如pci_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;网络初始化（初始化网络数据结构，包括sk_init()、skb_init()和proto_init()三部分，在proto_init()中，将调用protocols结构中包含的所有协议的初始化过程，sock_init()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建bdflush核心线程（bdflush()过程常驻核心空间，由核心唤醒来清理被写过的内存缓冲区，当bdflush()由kernel_thread()启动后，它将自己命名为kflushd）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建kupdate核心线程（kupdate()过程常驻核心空间，由核心按时调度执行，将内存缓冲区中的信息更新到磁盘中，更新的内容包括超级块和inode表）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;设置并启动核心调页线程kswapd（为了防止kswapd启动时将版本信息输出到其他信息中间，核心线调用kswapd_setup()设置kswapd运行所要求的环境，然后再创建 kswapd核心线程）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;创建事件管理核心线程（start_context_thread()函数启动context_thread()过程，并重命名为keventd）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;设备初始化（包括并口parport_init()、字符设备chr_dev_init()、块设备 blk_dev_init()、SCSI设备scsi_dev_init()、网络设备net_dev_init()、磁盘初始化及分区检查等等，device_setup()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;执行文件格式设置（binfmt_setup()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;启动任何使用__initcall标识的函数（方便核心开发者添加启动函数，do_initcalls()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;文件系统初始化（filesystem_setup()）<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;安装root文件系统（mount_root()）<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 至此do_basic_setup()函数返回init()，在释放启动内存段（free_initmem()）并给内核解锁以后，init()打开/dev/console设备，重定向stdin、stdout和stderr到控制台，最后，搜索文件系统中的init程序（或者由init=命令行参数指定的程序），并使用 execve()系统调用加载执行init程序。<p>
<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; init()函数到此结束，内核的引导部分也到此结束了，这个由start_kernel()创建的第一个线程已经成为一个用户模式下的进程了。此时系统中存在着六个运行实体：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;start_kernel()本身所在的执行体，这其实是一个&quot;手工&quot;创建的线程，它在创建了init()线程以后就进入cpu_idle()循环了，它不会在进程（线程）列表中出现<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;init线程，由start_kernel()创建，当前处于用户态，加载了init程序<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;kflushd核心线程，由init线程创建，在核心态运行bdflush()函数<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;kupdate核心线程，由init线程创建，在核心态运行kupdate()函数<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;kswapd核心线程，由init线程创建，在核心态运行kswapd()函数<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; &middot;keventd核心线程，由init线程创建，在核心态运行context_thread()函数<p>
对于I386平台<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 基本相同。<p>
对于2.4.x版内核<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 这一部分的启动过程在2.4.x内核中简化了不少，缺省的独立初始化过程只剩下网络（sock_init()）和创建事件管理核心线程，而其他所需要的初始化都使用__initcall()宏包含在do_initcalls()函数中启动执行。<p>
五.init进程和inittab引导指令<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; init进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程（进程）空间内加载init程序，它的进程号是1。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; init程序需要读取/etc/inittab文件作为其行为指针，inittab是以行为单位的描述性（非执行性）文本，每一个指令行都具有以下格式：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; id:runlevel:action:process其中id为入口标识符，runlevel为运行级别，action为动作代号，process为具体的执行程序。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; id一般要求4个字符以内，对于getty或其他login程序项，要求id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; runlevel是init所处于的运行级别的标识，一般使用0－6以及S或s。0、1、6运行级别被系统保留，0作为shutdown动作，1作为重启至单用户模式，6为重启；S和s意义相同，表示单用户模式，且无需inittab文件，因此也不在inittab中出现，实际上，进入单用户模式时，init直接在控制台（/dev/console）上运行/sbin/sulogin。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在一般的系统实现中，都使用了2、3、4、5几个级别，在Redhat系统中，2表示无NFS支持的多用户模式，3表示完全多用户模式（也是最常用的级别），4保留给用户自定义，5表示XDM图形登录方式。7－9级别也是可以使用的，传统的Unix系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的多个值，以匹配多个运行级别，对大多数action来说，仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; initdefault是一个特殊的action值，用于标识缺省的启动级别；当init由核心激活以后，它将读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级别。如果没有inittab文件，或者其中没有initdefault项，init将在控制台上请求输入 runlevel。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的runlevel，其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有详细的描述。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在Redhat系统中，一般情况下inittab都会有如下几项：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; id:3:initdefault:<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; #表示当前缺省运行级别为3--完全多任务模式；<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; #启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; #当运行级别为3时，以3为参数运行/etc/rc.d/rc脚本，init将等待其返回<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0:12345:respawn:/sbin/mingetty tty0<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; #在1－5各个级别上以tty0为参数执行/sbin/mingetty程序，打开tty0终端用于<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; #用户登录，如果进程退出则再次运行mingetty程序<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; x:5:respawn:/usr/bin/X11/xdm -nodaemon<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; #在5级别上运行xdm程序，提供xdm图形方式登录界面，并在退出时重新执行<p>
<br>
六.rc启动脚本<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 上一节已经提到init进程将启动运行rc脚本，这一节将介绍rc脚本具体的工作。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 一般情况下，rc启动脚本都位于/etc/rc.d目录下，rc.sysinit中最常见的动作就是激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块，这些动作无论哪个运行级别都是需要优先执行的。仅当rc.sysinit执行完以后init才会执行其他的boot或bootwait动作。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如果没有其他boot、bootwait动作，在运行级别3下，/etc/rc.d/rc将会得到执行，命令行参数为3，即执行/etc/rc.d/rc3.d/目录下的所有文件。rc3.d下的文件都是指向/etc/rc.d/init.d/目录下各个Shell脚本的符号连接，而这些脚本一般能接受start、stop、restart、status等参数。rc脚本以start参数启动所有以S开头的脚本，在此之前，如果相应的脚本也存在K打头的链接，而且已经处于运行态了（以/var/lock/subsys/下的文件作为标志），则将首先启动K开头的脚本，以stop作为参数停止这些已经启动了的服务，然后再重新运行。显然，这样做的直接目的就是当init改变运行级别时，所有相关的服务都将重启，即使是同一个级别。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; rc程序执行完毕后，系统环境已经设置好了，下面就该用户登录系统了。<p>
七.getty和login<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在rc返回后，init将得到控制，并启动mingetty（见第五节）。mingetty是getty的简化，不能处理串口操作。getty的功能一般包括：<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 打开终端线，并设置模式<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 输出登录界面及提示，接受用户名的输入<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 以该用户名作为login的参数，加载login程序<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 缺省的登录提示记录在/etc/issue文件中，但每次启动，一般都会由rc.local脚本根据系统环境重新生成。<p>
注：用于远程登录的提示信息位于/etc/issue.net中。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; login程序在getty的同一个进程空间中运行，接受getty传来的用户名参数作为登录的用户名。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如果用户名不是root，且存在/etc/nologin文件，login将输出nologin文件的内容，然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录，如果不存在这个文件，则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制，如果不存在这个文件，则没有其他限制。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 当用户登录通过了这些检查后，login将搜索/etc/passwd文件（必要时搜索 /etc/shadow文件）用于匹配密码、设置主目录和加载shell。如果没有指定主目录，将默认为根目录；如果没有指定shell，将默认为/bin/sh。在将控制转交给shell以前， getty将输出/var/log/lastlog中记录的上次登录系统的信息，然后检查用户是否有新邮件（/usr/spool/mail/{username}）。在设置好shell的uid、gid，以及TERM，PATH 等环境变量以后，进程加载shell，login的任务也就完成了。<p>
八.bash<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 运行级别3下的用户login以后，将启动一个用户指定的shell，以下以/bin/bash为例继续我们的启动过程。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; bash是Bourne Shell的GNU扩展，除了继承了sh的所有特点以外，还增加了很多特性和功能。由login启动的bash是作为一个登录shell启动的，它继承了getty设置的TERM、PATH等环境变量，其中PATH对于普通用户为&quot;/bin:/usr/bin:/usr/local/bin&quot;，对于root 为&quot;/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin&quot;。作为登录shell，它将首先寻找/etc/profile 脚本文件，并执行它；然后如果存在~/.bash_profile，则执行它，否则执行 ~/.bash_login，如果该文件也不存在，则执行~/.profile文件。然后bash将作为一个交互式shell执行~/.bashrc文件（如果存在的话），很多系统中，~/.bashrc都将启动 /etc/bashrc作为系统范围内的配置文件。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 当显示出命令行提示符的时候，整个启动过程就结束了。此时的系统，运行着内核，运行着几个核心线程，运行着init进程，运行着一批由rc启动脚本激活的守护进程（如 inetd等），运行着一个bash作为用户的命令解释器。<p>
<p>



<center><A HREF="#Content">[目录]</A></center>
<hr><br><A NAME="I27" ID="I27"></A><center><b><font size=+2>lilo</font></b></center><br>



<center><A HREF="#Content">[目录]</A></center>
<hr><br><A NAME="I28" ID="I28"></A><center><b><font size=+2>lilo原理</font></b></center><br>
 1一般的开机引导过程。<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在PC机上，最初的启动由BIOS完成。当开机自检结束时(Power-On Self Test,POST),BIOS尝试读入软盘的第一个扇区,把它看作引导扇区。若没有软盘，则尝试读入硬盘的第一个扇区。新的BIOS可以改变这种次序，先从硬盘启动。甚至从光盘启动。由于大多数BIOS不提供SCSI支持，若要从SCSI磁盘启动，SCSI适配器要提供他自己的BIOS.如果什么都找不到，老的BIOS会启动内置的ROM BASIC，或直接打印&quot;NO<br>
ROM-BASIC&quot;.<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 操作系统的启动分几步完成。由于引导扇区比较小，通常它主要任务是读入第二个loader,第二个loader再读入第三个loader,直到整个操作系统被完全读入。<p>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; DOS 引导区：<br>
OFFSET<br>
0x000&nbsp;&nbsp; JMP xx&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Near jump into the program code<br>
0x003&nbsp;&nbsp; Disk parameters<br>
0x03E&nbsp;&nbsp; Program code loading the DOS kernel<br>
0x1FE&nbsp;&nbsp; 0xAA55&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Magic number for BIOS<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 可见，引导区的结构相对比较简单。它的长度总是512字节。以上，磁盘参数只对DOS有意义。重要的是引导区从0开始，以BIOS的magic number 结束。<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 从软盘启动比较简单，因为只有一个引导扇区:第一个扇区。硬盘则困难一些，它被分成很多分区。但是，BIOS根本不管分区信息，它象对待软盘一样对待硬盘，仍读入第一个分区，叫作:master boot record.(MBR).<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp; 所以MBR也应该和上面介绍的结构一样：从0开始，以BIOS的magic number 结束<br>
在MBR的最后部分，有分区表。如下图：<p>
OFFSET&nbsp; Length<br>
0x000&nbsp;&nbsp; 0x1BE code loading and starting the boot sector of the active<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; partitian<br>
0x1BE&nbsp;&nbsp; 0x010&nbsp;&nbsp; partition1<br>
0x1CE&nbsp;&nbsp; 0x010&nbsp;&nbsp; partition2<br>
0x1DE&nbsp;&nbsp; 0x010&nbsp;&nbsp; partition3<br>
0x1EE&nbsp;&nbsp; 0x010&nbsp;&nbsp; partition4<br>
0x1FE&nbsp;&nbsp; 0x0012&nbsp; 0xAA55&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Disk parameters<p>
每个分区信息占16字节，结构如下：<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 BOOT&nbsp; Boot flag: 0=not active ,0x80 active<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 HD&nbsp;&nbsp;&nbsp; Begin:head number<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2 SEC&nbsp; CYL&nbsp; Begin:sector and cylinder number of boot sector<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 SYS System Code:0x83 linux , 0x82 linux swap etc.<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 HD&nbsp;&nbsp;&nbsp; End:head number<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2 SEC&nbsp; CYL&nbsp; End: sector and cylinder number of boot sector<br>
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 4 low byte&nbsp; high byte&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Relative sector number of start sector<br>