第11回 | 整个操作系统就 20 几行代码

低并发编程

共 811字,需浏览 2分钟

 ·

2021-12-22 22:20

新读者看这里,老读者直接跳过。


本系列会以一个读小说的心态,从开机启动后的代码执行顺序,带着大家阅读和赏析 Linux 0.11 全部核心代码,了解操作系统的技术细节和设计思想。



你会跟着我一起,看着一个操作系统从啥都没有开始,一步一步最终实现它复杂又精巧的设计,读完这个系列后希望你能发出感叹,原来操作系统源码就是这破玩意。


以下是已发布文章的列表,详细了解本系列可以先从开篇词看起。


开篇词

第一回 | 最开始的两行代码

第二回 | 自己给自己挪个地儿

第三回 | 做好最最基础的准备工作‍

第四回 | 把自己在硬盘里的其他部分也放到内存来

第五回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存

第六回 | 先解决段寄存器的历史包袱问题

第七回 | 六行代码就进入了保护模式

第八回 | 烦死了又要重新设置一遍 idt 和 gdt

第九回 | Intel 内存管理两板斧:分段与分页

第十回 | 进入 main 函数前的最后一跃!

第一部分总结


本系列的 GitHub 地址如下(文末阅读原文可直接跳转)

https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk



------- 正文开始 -------



第二部分正式开始啦!

在第一部分,用了总共十回的篇章,把进入 main 方法前的苦力工作都完成了,我们的程序终于跳到第一个由 c 语言写的,也是操作系统的全部代码骨架的地方,就是 main.c 文件里的 main 方法。
void main(void) {
    ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV;
    drive_info = DRIVE_INFO;
    memory_end = (1<<20) + (EXT_MEM_K<<10);
    memory_end &= 0xfffff000;
    if (memory_end > 16*1024*1024)
        memory_end = 16*1024*1024;
    if (memory_end > 12*1024*1024
        buffer_memory_end = 4*1024*1024;
    else if (memory_end > 6*1024*1024)
        buffer_memory_end = 2*1024*1024;
    else
        buffer_memory_end = 1*1024*1024;
    main_memory_start = buffer_memory_end;

    mem_init(main_memory_start,memory_end);
    trap_init();
    blk_dev_init();
    chr_dev_init();
    tty_init();
    time_init();
    sched_init();
    buffer_init(buffer_memory_end);
    hd_init();
    floppy_init();

    sti();
    move_to_user_mode();
    if (!fork()) {
        init();
    }

    for(;;) pause();
}
数一数看,总共也就 20 几行代码。
 
但这的确是操作系统启动流程的全部秘密了,我用空格将这个代码分成了几个部分。
 
第一部分是一些参数的取值和计算。
void main(void) {
    ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV;
    drive_info = DRIVE_INFO;
    memory_end = (1<<20) + (EXT_MEM_K<<10);
    memory_end &= 0xfffff000;
    if (memory_end > 16*1024*1024)
        memory_end = 16*1024*1024;
    if (memory_end > 12*1024*1024
        buffer_memory_end = 4*1024*1024;
    else if (memory_end > 6*1024*1024)
        buffer_memory_end = 2*1024*1024;
    else
        buffer_memory_end = 1*1024*1024;
    main_memory_start = buffer_memory_end;
    ...
}
包括根设备 ROOT_DEV,之前在汇编语言中获取的各个设备的参数信息 drive_info,以及通过计算得到的内存边界
main_memory_start
main_memory_end
buffer_memory_start
buffer_memory_end
 
从哪获得之前的设备参数信息呢?如果你前面看了,那一定还记得这个表,都是由 setup.s 这个汇编程序调用 BIOS 中断获取的各个设备的信息,并保存在约定好的内存地址 0x90000 处,现在这不就来取了么,我就不赘述了。

内存地址长度(字节)名称
0x900002光标位置
0x900022
扩展内存数
0x900042显示页面
0x900061
显示模式
0x900071字符列数
0x900082未知
0x9000A1
显示内存
0x9000B1
显示状态
0x9000C2显卡特性参数
0x9000E1
屏幕行数
0x9000F1屏幕列数
0x9008016
硬盘1参数表
0x9009016硬盘2参数表
0x901FC2
根设备号

第二部分是各种初始化 init 操作。
void main(void) {
    ...
    mem_init(main_memory_start,memory_end);
    trap_init();
    blk_dev_init();
    chr_dev_init();
    tty_init();
    time_init();
    sched_init();
    buffer_init(buffer_memory_end);
    hd_init();
    floppy_init();
    ...
}
包括内存初始化 mem_init中断初始化 trap_init进程调度初始化 sched_init 等等。我们知道学操作系统知识的时候,其实就分成这么几块来学的,看来在操作系统源码上看,也确实是这么划分的,那我们之后照着源码慢慢品,就好了。
 
第三部分是切换到用户态模式,并在一个新的进程中做一个最终的初始化 init。
void main(void) {
    ...
    sti();
    move_to_user_mode();
    if (!fork()) {
        init();
    }
    ...
}
这个 init 函数里会创建出一个进程,设置终端的标准 IO,并且再创建出一个执行 shell 程序的进程用来接受用户的命令,到这里其实就出现了我们熟悉的画面(下面是 bochs 启动 Linux 0.11 后的画面)。


第四部分是个死循环,如果没有任何任务可以运行,操作系统会一直陷入这个死循环无法自拔。
void main(void) {
    ...
    for(;;) pause();
}
OK,不要细品每一句话,我们本回就是要你有个整体印象,之后会细细讲这里的每一个部分。
 
这里再放上目前的内存布局图。
 
 
这个图大家一定要牢记在心,操作系统说白了就是在内存中放置各种的数据结构,来实现“管理”的功能。
 
所以之后我们的学习过程,主心骨其实就是看看,操作系统在经过一番折腾后,又在内存中建立了什么数据结构,而这些数据结构后面又是如何用到的。
 
比如进程管理,就是在内存中建立好多复杂的数据结构用来记录进程的信息,再配合上进程调度的小算法,完成了进程这个强大的功能。
 
为了让大家目前心里有个底,我们把前面的工作再再再再在这里做一个回顾,用一张图表示就是:
 

 
看到了吧,我们已经把 boot 文件夹下的三个汇编文件的全部代码都一行一行品读过了,其主要功能就是三张表的设置:全局描述符表、中断描述符表、页表。同时还设置了各种段寄存器,栈顶指针。并且,还为后续的程序提供了设备信息,保存在 0x90000 处往后的几个位置上。
 
最后,一个华丽的跳转,将程序跳转到了 main.c 文件里的 main 函数中。
 
所以,本讲就是让大家深呼吸,把之前的准备工作再消化消化。如果第一部分全部认真看过的同学,必定觉得这一回是废话。
 
如果你不这样觉得,那就得再回去重新梳理一边咯,如果有不会的,赶紧查资料搞懂它,因为之后要打一系列的硬仗了!根基不稳,地动山摇!
 
预知后事如何,且听下回分解。



------- 关于本系列 -------



本系列的开篇词看这

闪客新系列!你管这破玩意叫操作系统源码


本系列的扩展资料看这(也可点击阅读原文),这里有很多有趣的资料、答疑、互动参与项目,持续更新中,希望有你的参与。

https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk


本系列全局视角



最后,祝大家都能追更到系列结束,只要你敢持续追更,并且把每一回的内容搞懂,我就敢让你在系列结束后说一句,我对 Linux 0.11 很熟悉。


另外,本系列完全免费,希望大家能多多传播给同样喜欢的人,同时给我的 GitHub 项目点个 star,就在阅读原文,这些就足够让我坚持写下去了!我们下回见。

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