main.c

Linux011的源代码及注释 Linux 0.11版本加注释

/* passed
 *  linux/init/main.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds
 */
#include <set_seg.h>

#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>
#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。

/*
 * 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 <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];

extern int vsprintf();	// 送格式化输出到一字符串中（在kernel/vsprintf.c）。
extern void init(void);	// 函数原形，初始化（在后面）。
extern void blk_dev_init(void);// 块设备初始化子程序（kernel/blk_drv/ll_rw_blk.c）
extern void chr_dev_init(void);// 字符设备初始化（kernel/chr_drv/tty_io.c）
extern void hd_init(void);// 硬盘初始化程序（kernel/blk_drv/hd.c）
extern void floppy_init(void);// 软驱初始化程序（kernel/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(kernel/blk_drv/ramdisk.c)
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）。

/*
 * 以下这些数据是由setup.s 程序在引导时间设置的。
 */
#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。

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

// 将BCD 码转换成数字。
#define BCD_TO_BIN(val) ((val)=((val)&15) + ((val)>>4)*10)

// 该子程序取CMOS 时钟，并设置开机时间 startup_time(为从1970-1-1-0 时起到开机时的秒数)。
static void time_init(void)
{
	struct tm time;

	do {// 参见后面CMOS 内存列表。
		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);
		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_rename(void)		/* 这里确实是void，并没错。 */
{			/* 在startup 程序(head.s)中就是这样假设的。 */
/*
 * 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）
	blk_dev_init();	// 块设备初始化。（kernel/blk_dev/ll_rw_blk.c）
	chr_dev_init();	// 字符设备初始化。（kernel/chr_dev/tty_io.c）空，为以后扩展做准备。
	tty_init();		// tty 初始化。（kernel/chr_dev/tty_io.c）
	time_init();	// 设置开机启动时间 -> startup_time。
	sched_init();	// 调度程序初始化(加载了任务0 的tr, ldtr) （kernel/sched.c）
	buffer_init(buffer_memory_end);// 缓冲管理初始化，建内存链表等。（fs/buffer.c）
	hd_init();		// 硬盘初始化。（kernel/blk_dev/hd.c）
	floppy_init();	// 软驱初始化。（kernel/blk_dev/floppy.c）
	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）
	if (!fork()) {		/* we count on this going ok */
		init();
	}
/*
 * 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();
} // end main


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。
	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if (!(pid=fork())) {...} 内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)。
		execve("/bin/sh",argv_rc,envp_rc);	// 装入/bin/sh 程序并执行。(/lib/execve.c)
		_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）。
// 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() */
}