exec.c

带中文注释的 linux 0.11 源代码0.11,很好的

/*
* linux/fs/exec.c
*
* (C) 1991 Linus Torvalds
*/

/*
* #!-checking implemented by tytso.
*/
/*
* #!开始的程序检测部分是由tytso 实现的。
*/

/*
* Demand-loading implemented 01.12.91 - no need to read anything but
* the header into memory. The inode of the executable is put into
* "current->executable", and page faults do the actual loading. Clean.
*
* Once more I can proudly say that linux stood up to being changed: it
* was less than 2 hours work to get demand-loading completely implemented.
*/
/*
* 需求时加载是于1991.12.1 实现的 - 只需将执行文件头部分读进内存而无须
* 将整个执行文件都加载进内存。执行文件的i 节点被放在当前进程的可执行字段中
* ("current->executable")，而页异常会进行执行文件的实际加载操作以及清理工作。
*
* 我可以再一次自豪地说，linux 经得起修改：只用了不到2 小时的工作时间就完全
* 实现了需求加载处理。
*/

#include <errno.h>		// 错误号头文件。包含系统中各种出错号。(Linus 从minix 中引进的)。
#include <string.h>		// 字符串头文件。主要定义了一些有关字符串操作的嵌入函数。
#include <sys/stat.h>		// 文件状态头文件。含有文件或文件系统状态结构stat{}和常量。
#include <a.out.h>		// a.out 头文件。定义了a.out 执行文件格式和一些宏。

#include <linux/fs.h>		// 文件系统头文件。定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode 等）。
#include <linux/sched.h>	// 调度程序头文件，定义了任务结构task_struct、初始任务0 的数据，
// 还有一些有关描述符参数设置和获取的嵌入式汇编函数宏语句。
#include <linux/kernel.h>	// 内核头文件。含有一些内核常用函数的原形定义。
#include <linux/mm.h>		// 内存管理头文件。含有页面大小定义和一些页面释放函数原型。
#include <asm/segment.h>	// 段操作头文件。定义了有关段寄存器操作的嵌入式汇编函数。

extern int sys_exit (int exit_code);	// 程序退出系统调用。
extern int sys_close (int fd);	// 文件关闭系统调用。

/*
* MAX_ARG_PAGES defines the number of pages allocated for arguments
* and envelope for the new program. 32 should suffice, this gives
* a maximum env+arg of 128kB !
*/
/*
* MAX_ARG_PAGES 定义了新程序分配给参数和环境变量使用的内存最大页数。
* 32 页内存应该足够了，这使得环境和参数(env+arg)空间的总合达到128kB!
*/
#define MAX_ARG_PAGES 32

/*
* create_tables() parses the env- and arg-strings in new user
* memory and creates the pointer tables from them, and puts their
* addresses on the "stack", returning the new stack pointer value.
*/
/*
* create_tables()函数在新用户内存中解析环境变量和参数字符串，由此
* 创建指针表，并将它们的地址放到"堆栈"上，然后返回新栈的指针值。
*/
//// 在新用户堆栈中创建环境和参数变量指针表。
// 参数：p - 以数据段为起点的参数和环境信息偏移指针；argc - 参数个数；envc -环境变量数。
// 返回：堆栈指针。
static unsigned long *
create_tables (char *p, int argc, int envc)
{
  unsigned long *argv, *envp;
  unsigned long *sp;

// 堆栈指针是以4 字节（1 节）为边界寻址的，因此这里让sp 为4 的整数倍。
  sp = (unsigned long *) (0xfffffffc & (unsigned long) p);
// sp 向下移动，空出环境参数占用的空间个数，并让环境参数指针envp 指向该处。
  sp -= envc + 1;
  envp = sp;
// sp 向下移动，空出命令行参数指针占用的空间个数，并让argv 指针指向该处。
// 下面指针加1，sp 将递增指针宽度字节值。
  sp -= argc + 1;
  argv = sp;
// 将环境参数指针envp 和命令行参数指针以及命令行参数个数压入堆栈。
  put_fs_long ((unsigned long) envp, --sp);
  put_fs_long ((unsigned long) argv, --sp);
  put_fs_long ((unsigned long) argc, --sp);
// 将命令行各参数指针放入前面空出来的相应地方，最后放置一个NULL 指针。
  while (argc-- > 0)
    {
      put_fs_long ((unsigned long) p, argv++);
      while (get_fs_byte (p++)) /* nothing */ ;	// p 指针前移4 字节。
    }
  put_fs_long (0, argv);
// 将环境变量各指针放入前面空出来的相应地方，最后放置一个NULL 指针。
  while (envc-- > 0)
    {
      put_fs_long ((unsigned long) p, envp++);
      while (get_fs_byte (p++)) /* nothing */ ;
    }
  put_fs_long (0, envp);
  return sp;			// 返回构造的当前新堆栈指针。
}

/*
* count() counts the number of arguments/envelopes
*/
/*
* count()函数计算命令行参数/环境变量的个数。
*/
//// 计算参数个数。
// 参数：argv - 参数指针数组，最后一个指针项是NULL。
// 返回：参数个数。
static int
count (char **argv)
{
  int i = 0;
  char **tmp;

  if (tmp = argv)
    while (get_fs_long ((unsigned long *) (tmp++)))
      i++;

  return i;
}

/*
* 'copy_string()' copies argument/envelope strings from user
* memory to free pages in kernel mem. These are in a format ready
* to be put directly into the top of new user memory.
*
* Modified by TYT, 11/24/91 to add the from_kmem argument, which specifies
* whether the string and the string array are from user or kernel segments:
*
* from_kmem argv * argv **
* 0 user space user space
* 1 kernel space user space
* 2 kernel space kernel space
*
* We do this by playing games with the fs segment register. Since it
* it is expensive to load a segment register, we try to avoid calling
* set_fs() unless we absolutely have to.
*/
/*
* 'copy_string()'函数从用户内存空间拷贝参数和环境字符串到内核空闲页面内存中。
* 这些已具有直接放到新用户内存中的格式。
*
* 由TYT(Tytso)于1991.12.24 日修改，增加了from_kmem 参数，该参数指明了字符串或
* 字符串数组是来自用户段还是内核段。
*
* from_kmem argv * argv **
* 0 用户空间 用户空间
* 1 内核空间 用户空间
* 2 内核空间 内核空间
*
* 我们是通过巧妙处理fs 段寄存器来操作的。由于加载一个段寄存器代价太大，所以
* 我们尽量避免调用set_fs()，除非实在必要。
*/
//// 复制指定个数的参数字符串到参数和环境空间。
// 参数：argc - 欲添加的参数个数；argv - 参数指针数组；page - 参数和环境空间页面指针数组。
// p -在参数表空间中的偏移指针，始终指向已复制串的头部；from_kmem - 字符串来源标志。
// 在do_execve()函数中，p 初始化为指向参数表(128kB)空间的最后一个长字处，参数字符串
// 是以堆栈操作方式逆向往其中复制存放的，因此p 指针会始终指向参数字符串的头部。
// 返回：参数和环境空间当前头部指针。
static unsigned long
copy_strings (int argc, char **argv, unsigned long *page,
	      unsigned long p, int from_kmem)
{
  char *tmp, *pag;
  int len, offset = 0;
  unsigned long old_fs, new_fs;

  if (!p)
    return 0;			/* bullet-proofing *//* 偏移指针验证 */
// 取ds 寄存器值到new_fs，并保存原fs 寄存器值到old_fs。
  new_fs = get_ds ();
  old_fs = get_fs ();
// 如果字符串和字符串数组来自内核空间，则设置fs 段寄存器指向内核数据段（ds）。
  if (from_kmem == 2)
    set_fs (new_fs);
// 循环处理各个参数，从最后一个参数逆向开始复制，复制到指定偏移地址处。
  while (argc-- > 0)
    {
// 如果字符串在用户空间而字符串数组在内核空间，则设置fs 段寄存器指向内核数据段（ds）。
      if (from_kmem == 1)
	set_fs (new_fs);
// 从最后一个参数开始逆向操作，取fs 段中最后一参数指针到tmp，如果为空，则出错死机。
      if (!(tmp = (char *) get_fs_long (((unsigned long *) argv) + argc)))
	panic ("argc is wrong");
// 如果字符串在用户空间而字符串数组在内核空间，则恢复fs 段寄存器原值。
      if (from_kmem == 1)
	set_fs (old_fs);
// 计算该参数字符串长度len，并使tmp 指向该参数字符串末端。
      len = 0;			/* remember zero-padding */
      do
	{			/* 我们知道串是以NULL 字节结尾的 */
	  len++;
	}
      while (get_fs_byte (tmp++));
// 如果该字符串长度超过此时参数和环境空间中还剩余的空闲长度，则恢复fs 段寄存器并返回0。
      if (p - len < 0)
	{			/* this shouldn't happen - 128kB */
	  set_fs (old_fs);	/* 不会发生-因为有128kB 的空间 */
	  return 0;
	}
// 复制fs 段中当前指定的参数字符串，是从该字符串尾逆向开始复制。
      while (len)
	{
	  --p;
	  --tmp;
	  --len;
// 函数刚开始执行时，偏移变量offset 被初始化为0，因此若offset-1<0，说明是首次复制字符串，
// 则令其等于p 指针在页面内的偏移值，并申请空闲页面。
	  if (--offset < 0)
	    {
	      offset = p % PAGE_SIZE;
// 如果字符串和字符串数组在内核空间，则恢复fs 段寄存器原值。
	      if (from_kmem == 2)
		set_fs (old_fs);
// 如果当前偏移值p 所在的串空间页面指针数组项page[p/PAGE_SIZE]==0，表示相应页面还不存在，
// 则需申请新的内存空闲页面，将该页面指针填入指针数组，并且也使pag 指向该新页面，若申请不
// 到空闲页面则返回0。
	      if (!(pag = (char *) page[p / PAGE_SIZE]) &&
		  !(pag = (char *) page[p / PAGE_SIZE] =
		    (unsigned long *) get_free_page ()))
		return 0;
// 如果字符串和字符串数组来自内核空间，则设置fs 段寄存器指向内核数据段（ds）。
	      if (from_kmem == 2)
		set_fs (new_fs);

	    }
// 从fs 段中复制参数字符串中一字节到pag+offset 处。
	  *(pag + offset) = get_fs_byte (tmp);
	}
    }
// 如果字符串和字符串数组在内核空间，则恢复fs 段寄存器原值。
  if (from_kmem == 2)
    set_fs (old_fs);
// 最后，返回参数和环境空间中已复制参数信息的头部偏移值。
  return p;
}

//// 修改局部描述符表中的描述符基址和段限长，并将参数和环境空间页面放置在数据段末端。
// 参数：text_size - 执行文件头部中a_text 字段给出的代码段长度值；
// page - 参数和环境空间页面指针数组。
// 返回：数据段限长值(64MB)。
static unsigned long
change_ldt (unsigned long text_size, unsigned long *page)
{
  unsigned long code_limit, data_limit, code_base, data_base;
  int i;

// 根据执行文件头部a_text 值，计算以页面长度为边界的代码段限长。并设置数据段长度为64MB。
  code_limit = text_size + PAGE_SIZE - 1;
  code_limit &= 0xFFFFF000;
  data_limit = 0x4000000;
// 取当前进程中局部描述符表代码段描述符中代码段基址，代码段基址与数据段基址相同。
  code_base = get_base (current->ldt[1]);
  data_base = code_base;
// 重新设置局部表中代码段和数据段描述符的基址和段限长。
  set_base (current->ldt[1], code_base);
  set_limit (current->ldt[1], code_limit);
  set_base (current->ldt[2], data_base);
  set_limit (current->ldt[2], data_limit);
/* make sure fs points to the NEW data segment */
/* 要确信fs 段寄存器已指向新的数据段 */
// fs 段寄存器中放入局部表数据段描述符的选择符(0x17)。
  __asm__ ("pushl $0x17\n\tpop %%fs"::);
// 将参数和环境空间已存放数据的页面（共可有MAX_ARG_PAGES 页，128kB）放到数据段线性地址的
// 末端。是调用函数put_page()进行操作的（mm/memory.c, 197）。
  data_base += data_limit;
  for (i = MAX_ARG_PAGES - 1; i >= 0; i--)
    {