8)main

main

在完成了前面的所有准备后，进入了操作系统核心代码，继续跟随着《Linux源码趣读》，对main函数一天探究竟：

// init/main.c
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();
}

第一部分：参数取值与计算

// init/main.c
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表示内存边界的值：

• main_memory_start、main_memory_end
• buffer_memory_start、buffer_memory_end

设备参数信息是 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。

第二部分：初始化

// init/main.c
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();
    ...
}

这段代码非常规整，但需要逐个击破，因为每一个 init 都可能包含着操作系统某个模块的运作秘密:

• mem_init(main_memory_start, memory_end);
  • 初始化内存管理系统。这包括设置可用内存区域，初始化内存分配器等。main_memory_start和memory_end定义了可用内存的范围。
• trap_init();
  • 初始化中断和异常处理。设置中断向量表，初始化中断处理程序。这对于处理硬件中断和异常是必不可少的。
• blk_dev_init();
  • 初始化块设备。块设备是指以块为单位进行数据传输的设备，比如硬盘和软盘。这一步通常包括注册块设备驱动程序和初始化相关数据结构。
• chr_dev_init();
  • 初始化字符设备。字符设备是指以字符为单位进行数据传输的设备，比如键盘、鼠标和串口设备。这一步通常包括注册字符设备驱动程序和初始化相关数据结构。
• tty_init();
  • 初始化终端设备（TTY）。这是字符设备的一种，用于处理终端输入输出。TTY是Unix/Linux系统中重要的设备，负责与用户进行交互。
• time_init();
  • 初始化时间和定时器。这一步通常包括设置系统时钟，初始化定时器中断，以便操作系统能够进行时间管理。
• sched_init();
  • 初始化调度系统。调度系统负责管理进程的执行，分配CPU时间片。包括设置调度队列、初始化调度算法等。
• buffer_init(buffer_memory_end);
  • 初始化缓冲区管理系统。缓冲区管理用于暂存数据，提升I/O操作的效率。buffer_memory_end定义了缓冲区内存的结束地址。
• hd_init();
  • 初始化硬盘设备。这一步通常包括检测硬盘，设置硬盘控制器，准备硬盘驱动程序以便进行读写操作。
• floppy_init();
  • 初始化软盘设备。类似于硬盘初始化，这一步包括检测软盘驱动器，设置软盘控制器，准备软盘驱动程序以便进行读写操作。

第三部分：切换用户态

// init/main.c
void main(void) {
    ...
    sti();
    move_to_user_mode();
    if (!fork()) {
        init();
    }
    ...
}

1. 开启中断：通过 sti() 使能中断，系统可以响应硬件中断请求。
2. 切换到用户模式：通过 move_to_user_mode() 将当前进程切换到受限的用户模式，保护内核空间的安全。
3. 创建子进程：通过 fork() 创建一个新进程。在父进程中，fork() 返回子进程的PID；在子进程中，fork() 返回0。
4. 初始化进程：在子进程中，执行 init() 函数，进一步完成系统的初始化工作，并启动用户态的各种服务和进程。

这个 init 函数是在一个新的进程里执行的，我们把这个进程叫做进程 1。

这个 init 函数会设置终端的标准 IO，并且又创建出一个执行 shell 程序的进程，用来接受用户的命令，这个新创建的进程叫做进程 2。

在这里我们就可以不断输入命令，交给操作系统去执行了，而操作系统最大的作用，就是如此

第四部分：死循环

void main(void) {
    ...
    for(;;) pause();
}

如果没有任何任务可以运行，操作系统会一直陷入后面这个死循环。