Linux init main.c源代碼分析

1、linux init main.c源代碼分析 1 /*2 * linux/init/main.c3 *4 * (c) 1991 linus torvalds5 */67 #define _library_ / 定義該變量是為了包括定義在unistd.h 中的內(nèi)嵌匯編代碼等信息。8 #include unistd.h / *.h 頭文件所在的默認(rèn)名目是include/，則在代碼中就不用明確指明位置。/ 假如不是unix 的標(biāo)準(zhǔn)頭文件，則需要指明所在的名目，并用雙引號(hào)括住。/ 標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)常數(shù)與類型文件。定義了各種符號(hào)常數(shù)和類型，并申明白各種函數(shù)。/ 假如定義了_library_，則還含系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和內(nèi)

2、嵌匯編代碼syscall0()等。9 #include time.h / 時(shí)間類型頭文件。其中最主要定義了tm 結(jié)構(gòu)和一些有關(guān)時(shí)間的函數(shù)原形。1011 /*12 * we need this inline - forking from kernel space will result13 * in no copy on write (!), until an execve is executed. this14 * is no problem, but for the stack. this is handled by not letting15 * main() use the stack

3、at all after fork(). thus, no function16 * calls - which means inline code for fork too, as otherwise we17 * would use the stack upon exit from 'fork()'.18 *19 * actually only pause and fork are needed inline, so that there20 * won't be any messing with the stack from main(), but we defi

4、ne21 * some others too.22 */* 我們需要下面這些內(nèi)嵌語句 - 從內(nèi)核空間創(chuàng)建進(jìn)程(forking)將導(dǎo)致沒有寫時(shí)復(fù)制（copy onwrite）!* 直到執(zhí)行一個(gè)execve 調(diào)用。這對(duì)堆?？赡軒韱栴}。處理的方法是在fork()調(diào)用之后不讓main()使用* 任何堆棧。因此就不能有函數(shù)調(diào)用 - 這意味著fork 也要使用內(nèi)嵌的代碼，否則我們?cè)趶膄ork()退出* 時(shí)就要使用堆棧了。* 實(shí)際上只有pause 和fork 需要使用內(nèi)嵌方式，以保證從main()中不會(huì)弄亂堆棧，但是我們同時(shí)還* 定義了其它一些函數(shù)。*/ 本程序?qū)?huì)在移動(dòng)到用戶模式（切換到任務(wù)0）后才執(zhí)行

5、fork()，因此避開了在內(nèi)核空間寫時(shí)復(fù)制問題。/ 在執(zhí)行了moveto_user_mode()之后，本程序就以任務(wù)0 的身份在運(yùn)行了。而任務(wù)0 是全部將創(chuàng)建的子/ 進(jìn)程的父進(jìn)程。當(dāng)創(chuàng)建第一個(gè)子進(jìn)程時(shí)，任務(wù)0 的堆棧也會(huì)被復(fù)制。因此盼望在main.c 運(yùn)行在任務(wù)0/ 的環(huán)境下時(shí)不要有對(duì)堆棧的任何操作，以免弄亂堆棧，從而也不會(huì)弄亂全部子進(jìn)程的堆棧。23 static inline _syscall0(int,fork)/ 這是unistd.h 中的內(nèi)嵌宏代碼。以嵌入?yún)R編的形式調(diào)用linux 的系統(tǒng)調(diào)用中斷0x80。該中斷是全部/ 系統(tǒng)調(diào)用的入口。該條語句實(shí)際上是int fork()創(chuàng)建進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)

6、用。/ syscall0 名稱中最終的0 表示無參數(shù)，1 表示1 個(gè)參數(shù)。參見include/unistd.h，133 行。24 static inline _syscall0(int,pause) / int pause()系統(tǒng)調(diào)用：暫停進(jìn)程的執(zhí)行，直到/ 收到一個(gè)信號(hào)。25 static inline _syscall1(int,setup,void *,bios) / int setup(void * bios)系統(tǒng)調(diào)用，僅用于 / linux 初始化（僅在這個(gè)程序中被調(diào)用）。 26 static inline _syscall0(int,sync) / int sync()系統(tǒng)調(diào)用：更

7、新文件系統(tǒng)。2728 #include linux/tty.h / tty 頭文件，定義了有關(guān)tty_io，串行通信方面的參數(shù)、常數(shù)。29 #include linux/sched.h / 調(diào)度程序頭文件，定義了任務(wù)結(jié)構(gòu)task_struct、第1 個(gè)初始任務(wù)/ 的數(shù)據(jù)。還有一些以宏的形式定義的有關(guān)描述符參數(shù)設(shè)置和獵取的/ 嵌入式匯編函數(shù)程序。30 #include linux/head.h / head 頭文件，定義了段描述符的簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)，和幾個(gè)選擇符常量。31 #include asm/system.h / 系統(tǒng)頭文件。以宏的形式定義了很多有關(guān)設(shè)置或修改/ 描述符/中斷門等的嵌入式匯編子程序

8、。32 #include asm/io.h / io 頭文件。以宏的嵌入?yún)R編程序形式定義對(duì)io 端口操作的函數(shù)。3334 #include stddef.h / 標(biāo)準(zhǔn)定義頭文件。定義了null, offsetof(type, member)。35 #include stdarg.h / 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)頭文件。以宏的形式定義變量參數(shù)列表。主要說明白-個(gè)/ 類型(va_list)和三個(gè)宏(va_start, va_arg 和va_end)，vsprintf、/ vprintf、vfprintf。36 #include unistd.h37 #include fcntl.h / 文件掌握頭文件。用于文件及

9、其描述符的操作掌握常數(shù)符號(hào)的定義。38 #include sys/types.h / 類型頭文件。定義了基本的系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型。3940 #include linux/fs.h / 文件系統(tǒng)頭文件。定義文件表結(jié)構(gòu)（file,buffer_head,m_inode 等）。4142 static char printbuf1024; / 靜態(tài)字符串?dāng)?shù)組，用作內(nèi)核顯示信息的緩存。4344 extern int vsprintf(); / 送格式化輸出到一字符串中（在kernel/vsprintf.c，92 行）。45 extern void init(void); / 函數(shù)原形，初始化（在168 行）。

10、46 extern void blk_dev_init(void); / 塊設(shè)備初始化子程序（kernel/blk_drv/ll_rw_blk.c,157 行）47 extern void chr_dev_init(void); / 字符設(shè)備初始化（kernel/chr_drv/tty_io.c, 347 行）48 extern void hd_init(void); / 硬盤初始化程序（kernel/blk_drv/hd.c, 343 行）49 extern void floppy_init(void); / 軟驅(qū)初始化程序（kernel/blk_drv/floppy.c, 457 行）50

11、 extern void mem_init(long start, long end); / 內(nèi)存管理初始化（mm/memory.c, 399 行）51 extern long rd_init(long mem_start, int length); / 虛擬盤初始化(kernel/blk_drv/ramdisk.c,52)52 extern long kernel_mktime(struct tm * tm); / 計(jì)算系統(tǒng)開機(jī)啟動(dòng)時(shí)間（秒）。53 extern long startup_time; / 內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)間（開機(jī)時(shí)間）（秒）。5455 /*56 * this is set up b

12、y the setup-routine at boot-time57 */* 以下這些數(shù)據(jù)是由setup.s 程序在引導(dǎo)時(shí)間設(shè)置的（參見第3 章中表3.2）。*/58 #define ext_mem_k (*(unsigned short *)0x90002) / 1m 以后的擴(kuò)展內(nèi)存大?。╧b）。59 #define drive_info (*(struct drive_info *)0x90080) / 硬盤參數(shù)表基址。60 #define orig_root_dev (*(unsigned short *)0 x901fc) / 根文件系統(tǒng)所在設(shè)備號(hào)。 6162 /*63 * yeah,

13、 yeah, it's ugly, but i cannot find how to do this correctly64 * and this seems to work. i anybody has more info on the real-time65 * clock i'd be interested. most of this was trial and error, and some66 * bios-listing reading. urghh.67 */* 是啊，是啊，下面這段程序很差勁，但我不知道如何正確地實(shí)現(xiàn)，而且好象它還能運(yùn)行。假如有* 關(guān)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘更

14、多的資料，那我很感愛好。這些都是摸索出來的，以及看了一些bios 程序，呵！*/6869 #define cmos_read(addr) ( / 這段宏讀取cmos 實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息。70 outb_p(0x80|addr,0x70); / 0x70 是寫端口號(hào)，0x80|addr 是要讀取的cmos 內(nèi)存地址。71 inb_p(0x71); / 0x71 是讀端口號(hào)。72 )73/ 定義宏。將bcd 碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值。74 #define bcd_to_bin(val) (val)=(val)15) + (val)4)*10)75/ 該子程序取cmos 時(shí)鐘，并設(shè)置開機(jī)時(shí)間.startup_t

15、ime(秒)。參見后面cmos 內(nèi)存列表。76 static void time_init(void)77 78 struct tm time; / 時(shí)間結(jié)構(gòu)tm 定義在include/time.h 中。79/ cmos 的訪問速度很慢。為了減小時(shí)間誤差，在讀取了下面循環(huán)中全部數(shù)值后，若此時(shí)cmos 中秒值/ 發(fā)生了變化，那么就重新讀取全部值。這樣內(nèi)核就能把與cmos 的時(shí)間誤差掌握在1 秒之內(nèi)。80 do 81 time.tm_sec = cmos_read(0); / 當(dāng)前時(shí)間秒值（均是bcd 碼值）。82 time.tm_min = cmos_read(2); / 當(dāng)前分鐘值。83 ti

16、me.tm_hour = cmos_read(4); / 當(dāng)前小時(shí)值。84 time.tm_mday = cmos_read(7); / 一月中的當(dāng)天日期。85 time.tm_mon = cmos_read(8); / 當(dāng)前月份（112）。86 time.tm_year = cmos_read(9); / 當(dāng)前年份。87 while (time.tm_sec != cmos_read(0);88 bcd_to_bin(time.tm_sec); / 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值。89 bcd_to_bin(time.tm_min);90 bcd_to_bin(time.tm_hour);91 bcd_t

17、o_bin(time.tm_mday);92 bcd_to_bin(time.tm_mon);93 bcd_to_bin(time.tm_year);94 time.tm_mon-; / tm_mon 中月份范圍是011。/ 調(diào)用kernel/mktime.c 中函數(shù)，計(jì)算從1970 年1 月1 日0 時(shí)起到開機(jī)當(dāng)日經(jīng)過的秒數(shù)，作為開機(jī)/ 時(shí)間。95 startup_time = kernel_mktime(time);96 9798 static long memory_end = 0; / 機(jī)器具有的物理內(nèi)存容量（字節(jié)數(shù)）。99 static long buffer_memory_end

18、= 0; / 高速緩沖區(qū)末端地址。100 static long main_memory_start = 0; / 主內(nèi)存（將用于分頁）開頭的位置。101102 struct drive_info char dummy32; drive_info; / 用于存放硬盤參數(shù)表信息。103104 void main(void) /* this really is void, no error here. */105 /* the startup routine assumes (well, .) this */* 這里的確是void，并沒錯(cuò)。在startup 程序(head.s)中就是這樣假設(shè)的*/

19、 參見head.s 程序第136 行開頭的幾行代碼。106 /*107 * interrupts are still disabled. do necessary setups, then108 * enable them 109 */* 此時(shí)中斷仍被禁止著，做完必要的設(shè)置后就將其開啟。*/ 下面這段代碼用于保存：/ 根設(shè)備號(hào) .root_dev； 高速緩存末端地址.buffer_memory_end；/ 機(jī)器內(nèi)存數(shù).memory_end；主內(nèi)存開頭地址 .main_memory_start；110 root_dev = orig_root_dev; / root_dev 定義在fs/supe

20、r.c,29 行。111 drive_info = drive_info; / 復(fù)制0x90080 處的硬盤參數(shù)表。112 memory_end = (120) + (ext_mem_k10); / 內(nèi)存大小=1mb 字節(jié)+擴(kuò)展內(nèi)存(k)*1024 字節(jié)。113 memory_end = 0xfffff000; / 忽視不到4kb（1 頁）的內(nèi)存數(shù)。114 if (memory_end 16*1024*1024) / 假如內(nèi)存超過16mb，則按16mb 計(jì)。115 memory_end = 16*1024*1024;116 if (memory_end 12*1024*1024) / 假如內(nèi)存

21、12mb，則設(shè)置緩沖區(qū)末端=4mb117 buffer_memory_end = 4*1024*1024;118 else if (memory_end 6*1024*1024) / 否則假如內(nèi)存6mb，則設(shè)置緩沖區(qū)末端=2mb119 buffer_memory_end = 2*1024*1024;120 else121 buffer_memory_end = 1*1024*1024;/ 否則則設(shè)置緩沖區(qū)末端=1mb122 main_memory_start = buffer_memory_end; / 主內(nèi)存起始位置=緩沖區(qū)末端；/ 假如定義了內(nèi)存虛擬盤，則初始化虛擬盤。此時(shí)主內(nèi)存將削減。參

22、見kernel/blk_drv/ramdisk.c。123 #ifdef ramdisk124 main_memory_start += rd_init(main_memory_start, ramdisk*1024);125 #endif/ 以下是內(nèi)核進(jìn)行全部方面的初始化工作。閱讀時(shí)最好跟著調(diào)用的程序深化進(jìn)去看，若實(shí)在看/ 不下去了，就先放一放，連續(xù)看下一個(gè)初始化調(diào)用 - 這是閱歷之談.。126 mem_init(main_memory_start,memory_end);127 trap_init(); / 陷阱門（硬件中斷向量）初始化。（kernel/traps.c，181）128 bl

23、k_dev_init(); / 塊設(shè)備初始化。 （kernel/blk_drv/ll_rw_blk.c，157）129 chr_dev_init(); / 字符設(shè)備初始化。 （kernel/chr_drv/tty_io.c，347）130 tty_init(); / tty 初始化。 （kernel/chr_drv/tty_io.c，105）131 time_init(); / 設(shè)置開機(jī)啟動(dòng)時(shí)間.startup_time（見76 行）。132 sched_init(); / 調(diào)度程序初始化(加載了任務(wù)0 的tr,ldtr)（kernel/sched.c，385）133 buffer_init(

24、buffer_memory_end); / 緩沖管理初始化，建內(nèi)存鏈表等。（fs/buffer.c，348）134 hd_init(); / 硬盤初始化。 （kernel/blk_drv/hd.c，343）135 floppy_init(); / 軟驅(qū)初始化。 （kernel/blk_drv/floppy.c，457）136 sti(); / 全部初始化工作都做完了，開啟中斷。/ 下面過程通過在堆棧中設(shè)置的參數(shù)，利用中斷返回指令啟動(dòng)任務(wù)0 執(zhí)行。137 move_to_user_mode(); / 移到用戶模式下執(zhí)行。（include/asm/system.h，第1 行）138 if (!fo

25、rk() /* we count on this going ok */139 init(); / 在新建的子進(jìn)程（任務(wù)1）中執(zhí)行。140 / 下面代碼開頭以任務(wù)0 的身份運(yùn)行。141 /*142 * note! for any other task 'pause()' would mean we have to get a143 * signal to awaken, but task0 is the sole exception (see 's chedule()') 144 * as task 0 gets activated at every idle

26、moment (when no other tasks145 * can run). for task0 'pause()' just means we go check if some other146 * task can run, and if not we return here.147 */* 留意! 對(duì)于任何其它的任務(wù)，'pause()'將意味著我們必需等待收到一個(gè)信號(hào)才會(huì)返* 回就緒運(yùn)行態(tài)，但任務(wù)0（task0）是唯一的例外狀況（參見'schedule()'），由于任務(wù)0 在* 任何空閑時(shí)間里都會(huì)被激活（當(dāng)沒有其它任務(wù)在運(yùn)行時(shí)），因

27、此對(duì)于任務(wù)0'pause()'僅意味著* 我們返回來查看是否有其它任務(wù)可以運(yùn)行，假如沒有的話我們就回到這里，始終循環(huán)執(zhí)行'pause()'。*/ pause()系統(tǒng)調(diào)用（kernel/sched.c,144）會(huì)把任務(wù)0 轉(zhuǎn)換成可中斷等待狀態(tài)，再執(zhí)行調(diào)度函數(shù)。/ 但是調(diào)度函數(shù)只要發(fā)覺系統(tǒng)中沒有其它任務(wù)可以運(yùn)行時(shí)就會(huì)切換到任務(wù)0，而不依靠于任務(wù)0 的/ 狀態(tài)。148 for(;) pause();149 150151 static int printf(const char *fmt, .)/ 產(chǎn)生格式化信息并輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備stdout(1)，這里是指屏幕上顯示

28、。參數(shù)'*fmt'指定輸出將/ 采納的格式，參見各種標(biāo)準(zhǔn)c 語言書籍。該子程序正好是vsprintf 如何使用的一個(gè)例子。/ 該程序使用vsprintf()將格式化的字符串放入printbuf 緩沖區(qū)，然后用write()將緩沖區(qū)的內(nèi)容/ 輸出到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（1-stdout）。vsprintf()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)見kernel/vsprintf.c。152 153 va_list args;154 int i;155156 va_start(args, fmt);157 write(1,printbuf,i=vsprintf(printbuf, fmt, args);158 va_en

29、d(args);159 return i;160 161162 static char * argv_rc = /bin/sh, null ; / 調(diào)用執(zhí)行程序時(shí)參數(shù)的字符串?dāng)?shù)組。163 static char * envp_rc = home=/, null ; / 調(diào)用執(zhí)行程序時(shí)的環(huán)境字符串?dāng)?shù)組。164165 static char * argv = -/bin/sh,null ; / 同上。166 static char * envp = home=/usr/root, null ;/ 上面165 行中argv0中的字符“-”是傳遞給shell 程序sh 的一個(gè)標(biāo)志。通過識(shí)別該標(biāo)志，sh

30、/ 程序會(huì)作為登錄shell 執(zhí)行。其執(zhí)行過程與在shell 提示符下執(zhí)行sh 不太一樣。167/ 在main()中已經(jīng)進(jìn)行了系統(tǒng)初始化，包括內(nèi)存管理、各種硬件設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序。init()函數(shù)運(yùn)行在/ 任務(wù)0 第1 次創(chuàng)建的子進(jìn)程（任務(wù)1）中。它首先對(duì)第一個(gè)將要執(zhí)行的程序（shell）的環(huán)境進(jìn)行/ 初始化，然后加載該程序并執(zhí)行之。168 void init(void)169 170 int pid,i;171/ 這是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。用于讀取硬盤參數(shù)包括分區(qū)表信息并加載虛擬盤（若存在的話）和安裝根文件/ 系統(tǒng)設(shè)備。該函數(shù)是用25 行上的宏定義的，對(duì)應(yīng)函數(shù)是sys_setup()，在kernel/b

31、lk_drv/hd.c,71行。172 setup(void *) drive_info);/ 下面以讀寫訪問方式打開設(shè)備“/dev/tty0”，它對(duì)應(yīng)終端掌握臺(tái)。/ 由于這是第一次打開文件操作 ，因此產(chǎn)生的文件句柄號(hào)（文件描述符）確定是0。該句柄是unix 類 / 操作系統(tǒng)默認(rèn)的掌握臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)輸入句柄stdin。這里把它以讀和寫的方式打開是為了復(fù)制產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)/ 輸出（寫）句柄stdout 和標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)輸出句柄stderr。173 (void) open(/dev/tty0,o_rdwr,0);174 (void) dup(0); / 復(fù)制句柄，產(chǎn)生句柄1 號(hào) - stdout 標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備。175

32、(void) dup(0); / 復(fù)制句柄，產(chǎn)生句柄2 號(hào) - stderr 標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)輸出設(shè)備。/ 下面打印緩沖區(qū)塊數(shù)和總字節(jié)數(shù)，每塊1024 字節(jié)，以及主內(nèi)存區(qū)空閑內(nèi)存字節(jié)數(shù)。176 printf(%d buffers = %d bytes buffer spacenr,nr_buffers,177 nr_buffers*block_size);178 printf(free mem: %d bytesnr,memory_end-main_memory_start);/ 下面fork()用于創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程(任務(wù)2)。對(duì)于被創(chuàng)建的子進(jìn)程，fork()將返回0 值，對(duì)于原進(jìn)程/ (父進(jìn)程)則返回

33、子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)pid。所以180-184 句是子進(jìn)程執(zhí)行的內(nèi)容。該子進(jìn)程關(guān)閉了句柄/ 0(stdin)、以只讀方式打開/etc/rc 文件，并使用execve()函數(shù)將進(jìn)程自身替換成/bin/sh 程序/ (即shell 程序)，然后執(zhí)行/bin/sh 程序。所帶參數(shù)和環(huán)境變量分別由argv_rc 和envp_rc 數(shù)組/ 給出。關(guān)于execve()請(qǐng)參見fs/exec.c 程序，182 行。/ 函數(shù)_exit()退出時(shí)的出錯(cuò)碼1 操作未許可；2 - 文件或名目不存在。179 if (!(pid=fork() 180 close(0);181 if (open(/etc/rc,o_rdonly,0)182 _exit(1); / 假如打開文件失敗，則退出(lib/_exit.c,10)。183 execve(/bin/sh,argv_rc,envp_rc); / 替換成/bin/sh 程序并執(zhí)行。184 _exit(2); / 若execve()執(zhí)行失敗則退出。185 / 下面還是父進(jìn)程（1）執(zhí)行的語句