012內(nèi)核組織架構(gòu).doc

0.12內(nèi)核有如下幾下目錄：Boot, Fs,Include ,Mm,Init,Kernel,Lib,Tools,最外層有一個(gè)總的MakeFile.各目錄文件分布情況如下：Boot: bootsect.S setup.S head.s 其中后綴.S大寫(xiě)表明：as使用編譯器的預(yù)處理功能引導(dǎo)啟動(dòng)程序bootsect.S將setup.S代碼和system模塊加載到內(nèi)存中，并且分別把自己和setup.S代碼移動(dòng)到物理內(nèi)存0x90000和0x90200處，就把執(zhí)行權(quán)交給了setup程序。其中system模塊的首部包含head.s代碼。Setup程序的主要作用是利用ROM BIOS的中斷程序獲取機(jī)器的一些基本參數(shù)，并保存在0x90000開(kāi)始的內(nèi)存塊中，供后面程序使用。同時(shí)把system模塊往下移動(dòng)到物理地址0x00000開(kāi)始處，這樣，system中的head.s代碼就處在0x00000開(kāi)始處了。然后加載描述符表基地址到描述符表寄存器中，為進(jìn)行32位保護(hù)模式下的運(yùn)行作好準(zhǔn)備。接下來(lái)對(duì)中斷控制硬件進(jìn)行重新設(shè)置，最后通過(guò)設(shè)置機(jī)器控制寄存器并跳轉(zhuǎn)到system模塊的head.s代碼開(kāi)始處，使進(jìn)入32位保護(hù)模式下運(yùn)行。Head.s代碼主要作用是初步初始化中斷描述符表中的項(xiàng)門描述符，檢查地址線是否已經(jīng)打開(kāi)，測(cè)試系統(tǒng)是否含有數(shù)學(xué)協(xié)處理器。然后初始化內(nèi)存頁(yè)目錄表，為內(nèi)存的分頁(yè)管理作好準(zhǔn)備工作。最后跳轉(zhuǎn)到system模塊中的初始化程序init/main.c中繼續(xù)執(zhí)行。Init:main.cMain.c利用setup.s取得的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的根文件設(shè)備號(hào)以及一些內(nèi)存全局變量。然后內(nèi)核進(jìn)行硬件的初始化工作。包括陷阱門，塊設(shè)備，字符設(shè)備，tty,包括人工設(shè)置第一個(gè)任務(wù)task0.然后設(shè)置中斷允許標(biāo)志開(kāi)中斷，main切換到任務(wù)中運(yùn)行。Tools:build.cBuild.c生成內(nèi)核磁盤映像文件，單獨(dú)編繹成可執(zhí)行文件，在linux/目錄下的akefile文件中被調(diào)用運(yùn)行，用于將所有內(nèi)核編譯代碼鏈接和合并成一個(gè)可運(yùn)行內(nèi)核映像文件Image.Mm:Swap.c Page.s Memory.c Makefile page.s 包含頁(yè)異常的中斷處理過(guò)程（int 14）,主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺頁(yè)和頁(yè)寫(xiě)保護(hù)的處理。 Memory.c是內(nèi)存頁(yè)面管理的核心文件，用于內(nèi)存的初始化操作，頁(yè)目錄和頁(yè)表的管理和內(nèi)核其他部分對(duì)內(nèi)存申請(qǐng)的處理過(guò)程。 Swap.c是內(nèi)存頁(yè)面交換管理文件，其中主要包括映射位圖管理函數(shù)和交換設(shè)備訪問(wèn)函數(shù)。Lib:write.c wait.c string.c setsid.c open.c malloc.c _exit.c execve.c errno.c dup.c ctype.c close.c _exit.c:程序調(diào)用內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。_asm(int 0x80:a(NR_exit),b(exit_code); Close.c:定義了文件關(guān)閉函數(shù)。_syscall1(int,close,int ,fd) Ctype.c:為ctype.h提供輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，用于對(duì)字符進(jìn)行類型判斷。Dup.c:復(fù)制文件描述符函數(shù)。_syscall1(int,dup,int ,fd) Errno.c:僅定義了一個(gè)出錯(cuò)號(hào)變量errno. Execve.c:運(yùn)行執(zhí)行程序的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。_syscall3(int ,execve,const char*,file,char *,argv,char*, envp) Malloc.c:內(nèi)存分配函數(shù)。 Open.c:Open系統(tǒng)調(diào)用可將一個(gè)文件名轉(zhuǎn)換成一個(gè)文件描述符。Setsid.c:setsid()系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。_syscall0(pid_t,setsid)String.c:所有字符串操作函數(shù)存在于string.h 中。Wait.c:包含函數(shù)waitpid()和wait().wait()系統(tǒng)調(diào)用直接調(diào)用waitpid()函數(shù)。Write.c:write()函數(shù)向文件描述符指定的文件寫(xiě)入count字節(jié)的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)buf中。_syscall3(int,write,int ,fd,const char*,buf,off_t,count)FS:Truncate.c bitmap.c inode.c super.c buffer.c pipe.c stat.c open.c namei.c ioctl.c file_table.c file_dev.c fcntl.c exec.c block_dev.c char_dev.c read_write.c select.c其中file_table.c是空的。高速緩沖區(qū)：Buffer.c :內(nèi)核實(shí)現(xiàn)高速緩沖區(qū)的程序是buffer.c。文件系統(tǒng)中其他程序通過(guò)指定需要訪問(wèn)的設(shè)備號(hào)和數(shù)據(jù)邏輯塊號(hào)來(lái)調(diào)用它的塊讀寫(xiě)函數(shù)。這些接口函數(shù)有:塊讀取函數(shù)bread(),塊提前預(yù)讀函數(shù)breada()和頁(yè)塊讀取函數(shù)bread_page().文件系統(tǒng)底層函數(shù)：Bitmap.c 程序包含對(duì)i節(jié)點(diǎn)位圖和邏輯塊節(jié)點(diǎn)位圖進(jìn)行釋放和占用處理函數(shù)。操作i節(jié)點(diǎn)位圖的函數(shù)是free_inode()和new_inode(),操作邏輯塊位圖的函數(shù)是free_block()和new_block().Truncate.c 程序包括對(duì)數(shù)據(jù)文件長(zhǎng)度截?cái)酁?的函數(shù)truncate().它將i節(jié)點(diǎn)指定的設(shè)備上文件長(zhǎng)度截為0.并釋放文件數(shù)據(jù)占用的設(shè)備邏輯塊。Inode.c程序包括分配i節(jié)點(diǎn)函數(shù)iget()和放回對(duì)內(nèi)存i節(jié)點(diǎn)存取函數(shù)iput()以及根據(jù)i節(jié)點(diǎn)信息取文件數(shù)據(jù)塊在設(shè)備上對(duì)應(yīng)的邏輯塊號(hào)函數(shù)bmap();Namei.c程序主要包括函數(shù)namei().使用iget(),iput(),bmap()將給定的文件路徑名映射到其i節(jié)點(diǎn)。Super.c程序?qū)ｉT用于處理文件系統(tǒng)超級(jí)塊，包括函數(shù)get_super(),put_super(),free_super().還包括幾個(gè)文件系統(tǒng)加載、卸載處理函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用。文件中數(shù)據(jù)的訪問(wèn)操作： 文件數(shù)據(jù)的訪問(wèn)操作涉及block_dev.c ,file_dev.c,char_dev.c,pipe.c 和read_write.c.前面4個(gè)文件可以認(rèn)為是塊設(shè)備，字符設(shè)備，管道設(shè)備和普通文件與文件讀寫(xiě)系統(tǒng)調(diào)用的接口程序，它們共同實(shí)現(xiàn)了read_write.c中的read()和write()系統(tǒng)調(diào)用。通過(guò)對(duì)被操作文件屬性的判斷，這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用會(huì)分別調(diào)用這些文件中的相關(guān)處理函數(shù)進(jìn)行操作。Block_dev.c中的函數(shù)block_read() block_write()是用于讀寫(xiě)塊設(shè)備特殊文件中的數(shù)據(jù)。所使用的參數(shù)指定了要訪問(wèn)的設(shè)備號(hào)，讀寫(xiě)的起始位置和長(zhǎng)度。File_dev.c 中file_read(),file_write()通過(guò)指定文件對(duì)應(yīng)的i節(jié)點(diǎn)和文件結(jié)構(gòu)，可以知道文件所在的設(shè)備號(hào)和文件當(dāng)前讀寫(xiě)指針。Pipe.c實(shí)現(xiàn)管道讀寫(xiě)函數(shù)read_pipe() write_pipe().另外還實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)建無(wú)名管道的系統(tǒng)調(diào)用pipe().Char_dev.c:系統(tǒng)調(diào)用read() ,write() 通過(guò) 調(diào)用rw_char()實(shí)現(xiàn)Read_write.c:實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)調(diào)用read(),write(),lseek().文件和目錄管理系統(tǒng)調(diào)用：文件系統(tǒng)調(diào)用上層實(shí)現(xiàn)：exec.c fcntl.c open.c ioctl.c stat.cOpen.c實(shí)現(xiàn)與文件操作相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用。主要有文件的創(chuàng)建，打開(kāi)和關(guān)閉。文件宿主和屬性的修改，文件訪問(wèn)權(quán)限的修改，文件操作時(shí)間的修改和系統(tǒng)文件系統(tǒng)root的變動(dòng)等。Exec.c實(shí)現(xiàn)對(duì)二進(jìn)制可執(zhí)行文件和shell腳本文件的加載與執(zhí)行。主要函數(shù) do_execve() 是系統(tǒng)中斷調(diào)用(int0x80) 功能號(hào)_NR_execve() 調(diào)用的C處理函數(shù)，也是exec()函數(shù)簇的主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)。Fcntl.c實(shí)現(xiàn)文件控制系統(tǒng)調(diào)用fcntl()和兩個(gè)文件句柄復(fù)制系統(tǒng)調(diào)用dup()和dup2().dup2()指定了新句柄的數(shù)值，dup()返回當(dāng)前值最小的未用句柄。Ioctl.c文件實(shí)現(xiàn)了輸入輸出控制系統(tǒng)調(diào)用ioctl().主要調(diào)用tty_ioctl()函數(shù)對(duì)終端IO進(jìn)行控制。Stat.c實(shí)現(xiàn)取文件狀態(tài)信息系統(tǒng)調(diào)用stat()和fstat().stat() 利用文件名取信息fstat()利用文件句柄取信息。（文件句柄即文件描述符）其他：select.c實(shí)現(xiàn)select系統(tǒng)調(diào)用。Kernel:Blk_drv Chr_drv Math Asm.s exit.c fork.c mktime.c panic.c printk.c sched.c signal.c sys.c sys_call.s traps.c vsprintf.c其中Blk_drv子目錄：blk.h floppy.c hd.c ramdisk.c ll_rw_blk.cChr_drv子目錄：console.c keybord.s pty.c rs_io.c serial.c tty_io.c tty_ioctl.c Math子目錄：add.c compare.c convert.c div.c ea.c error.c get_put.c mul.c math_emulate.c中斷處理程序：包括asm.s和traps.c文件Asm.s用于實(shí)現(xiàn)大部分硬件異常所引起的中斷的匯編語(yǔ)言處理過(guò)程。Traps.c 實(shí)現(xiàn)asm.s的中斷處理過(guò)程中調(diào)用的C函數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用處理相關(guān)程序：sys_call.s fork.c signal.c sys.c exit.c Sys_call.s主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用中斷int0x80的入口處理過(guò)程以及信號(hào)檢測(cè)處理，同時(shí)給出了sys_execve(),sys_fork()這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的底層接口，還給出了協(xié)處理器出錯(cuò)，設(shè)備不存在，時(shí)鐘中斷，硬盤中斷，軟盤中斷的中斷處理程序。Signal.c涉及內(nèi)核中信號(hào)處理函數(shù)。包括設(shè)置和獲取信號(hào)阻塞碼，信號(hào)處理系統(tǒng)調(diào)用，可靠信號(hào)處理系統(tǒng)調(diào)用等。Exit.c描述進(jìn)程終止和退出的有關(guān)事宜。主要包括進(jìn)程釋放，會(huì)話終止和程序退出以及殺死進(jìn)程，終止進(jìn)程，掛起進(jìn)程等系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。還包括進(jìn)程信號(hào)發(fā)送函數(shù)send_sig()和通知父進(jìn)程子進(jìn)程中止的函數(shù)tell_father()Fork.c:該程序是sys_fork()系統(tǒng)調(diào)用的輔助處理函數(shù)集，給出了sys_fork()中使用的find_empty_process ()和copy_process ()函數(shù)。還包括內(nèi)存區(qū)域驗(yàn)證verify_area()和內(nèi)存分配copy_mem()函數(shù)。Sys.c:包含很多系統(tǒng)調(diào)用功能實(shí)現(xiàn)函數(shù)。其他通用類程序：schedule.c mktime.c panic.c printk.c vsprintf.cSchedule.c包含內(nèi)核調(diào)用最頻繁的schedule(),sleep_on(),wakeup()函數(shù)，是內(nèi)核的核心調(diào)度程序，用于對(duì)進(jìn)程的執(zhí)行進(jìn)行切換或改變進(jìn)程執(zhí)行狀態(tài)。另外還包括有關(guān)系統(tǒng)時(shí)鐘中斷和軟盤驅(qū)動(dòng)器定時(shí)的函數(shù)。Mktime.c:包含內(nèi)核使用的時(shí)間函數(shù)mktime(),僅在init/main.c中使用一次Panic.c:panic()函數(shù)用于在內(nèi)核運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)顯示出錯(cuò)信息并停機(jī)。Printk.c以及vsprintf.c是內(nèi)核顯示信息的支持程序，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核專用顯示函數(shù)printf()和字符串格式化輸出函數(shù)vsprintf().塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：blk.h:定義請(qǐng)求等待隊(duì)列中項(xiàng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)request，用宏語(yǔ)句定義了電梯搜索算法。Hd.c:提供對(duì)硬盤的讀寫(xiě)驅(qū)動(dòng)和初始化處理。包含以下函數(shù)：1，初始化硬盤和設(shè)置硬盤所用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的sys_setup(),hd_init() 2,向硬盤控制器發(fā)送命令：hd_out() 3,處理硬盤當(dāng)前請(qǐng)求項(xiàng)do_hd_request() 4.硬盤中斷處理過(guò)程中調(diào)用的C函數(shù)read_intr(), write_intr(), bad_rw_intr(), recal_intr().5.硬盤控制器操作輔助函數(shù)controler_ready(), driive_busy(), win_result(),hd_out(), reset_controler()等。Ll_rw_blk.c:執(zhí)行低層塊設(shè)備讀寫(xiě)操作，是塊設(shè)備與系統(tǒng)其他部分的接口程序，其他程序通過(guò)調(diào)用ll_rw_block()來(lái)讀寫(xiě)塊設(shè)備中的數(shù)據(jù)。該函數(shù)的主要功能是創(chuàng)建塊設(shè)備讀寫(xiě)請(qǐng)求項(xiàng)，并插入到指定塊設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列中。實(shí)際的讀寫(xiě)操作則是由設(shè)備的請(qǐng)求項(xiàng)處理函數(shù)request_fn()完成。硬盤do_hd_request(),軟盤do_fd_request() 虛擬盤do_rd_request()Ramdisk.c:rd_init() 在init/main.c調(diào)用，用于確定虛擬盤在內(nèi)存中的位置和大小。Do_rd_request()是虛擬盤設(shè)備的請(qǐng)求項(xiàng)操作函數(shù)。Rd_load()是虛擬盤根文件加載函數(shù)。Floppy.c:軟盤驅(qū)動(dòng)程序，do_fd_request()函數(shù)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：包括控制終端設(shè)備和串行終端設(shè)備?？刂婆_(tái)驅(qū)動(dòng)程序：Keybord.s:鍵盤中斷處理程序。Console.c:實(shí)現(xiàn)終端屏幕寫(xiě)函數(shù)con_write()以及進(jìn)行終端屏幕顯示的控制操作。串行線路驅(qū)動(dòng)程序：Serial.c:實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)串行端口初始化。Rs_init()中設(shè)置默認(rèn)串行通信參數(shù)，設(shè)置串行端口的中斷向量。Rw_write()把串行終端設(shè)備寫(xiě)緩沖隊(duì)列中的字符通過(guò)串行線路發(fā)送給遠(yuǎn)端的終端設(shè)備。Rs_io.s:串行通信中斷處理過(guò)程，對(duì)終端的讀寫(xiě)緩沖隊(duì)列進(jìn)行操作。把從串行線路接收到的字符存入串行終端讀緩沖隊(duì)列read_q 中，或把寫(xiě)緩沖隊(duì)列write_q中需要發(fā)送出去的字符通過(guò)串行線路發(fā)送給串行終端設(shè)備。終端驅(qū)動(dòng)程序與上層接口部分：tty_io.c:含有終端讀寫(xiě)函數(shù)tty_read(),tty_write(),讀操作的行規(guī)則函數(shù)copy_to_cooked().Tty_ioctl.c:實(shí)現(xiàn)函數(shù)tty_ioctl.c可修改指定終端termios結(jié)構(gòu)中的設(shè)置標(biāo)志等信息。數(shù)學(xué)協(xié)處理器：Math_emulate.c:設(shè)備不存在異常處理函數(shù)程序接口math_emulate(),浮點(diǎn)指令仿真處理主函數(shù)do_emu(), 別外函數(shù)為仿真運(yùn)算輔助類函數(shù)。Error.c:用于處理協(xié)處理器發(fā)出的出錯(cuò)信號(hào)，執(zhí)行math_error()函數(shù)。Ea.c:用于在仿真浮點(diǎn)指令時(shí)計(jì)算其中 操作數(shù)使用到的有效地址。Convert.c:包含80387仿真操作過(guò)程中的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)。Add.c:處理仿真過(guò)程中的加法運(yùn)算。Compare.c:用于在仿真過(guò)程中比較累加器中兩個(gè)臨時(shí)數(shù)的大小。Get_put.c:處理所有對(duì)用戶內(nèi)存的訪問(wèn)，取得和存入指令，實(shí)數(shù)值，BCD數(shù)值等。Mul.c:仿真80387的乘法運(yùn)算。Div.c:仿真80387協(xié)處理器的除法運(yùn)算。Include:Asm Linux Sys a.out.h const.h ctype.h errno.h fcntl.h signal.h stdarg.h stddef.h string.h Termios.h time.h unistd.h utime.h ASM子目錄：io.h memory.h segment.h system.h Linux子目錄：config.h fdreg.h fs.h hdreg.h head.h kernel.h math_emu.h mm.h sched.h sys.h tty.hSys子目錄：param.h resource.h stat.h time.h times.h types.h utsname.h wait.h A. out.h:文件用于定義被加載的可執(zhí)行文件的結(jié)構(gòu)，主要用于加載程序fs/exec.c中。Const.h：定義了I節(jié)點(diǎn)中文件屬性和類型i_mode字段所用到的一些標(biāo)志位常量符號(hào)。Ctype.h:關(guān)于字符測(cè)試和處理的頭文件，定義了一些字符類型判斷和處理的宏。Errno.h:定義出錯(cuò)號(hào)的常量符號(hào)Fcntl.h:文件控制選項(xiàng)頭文件，定義文件控制函數(shù)fcntl()和文件創(chuàng)建和打開(kāi)函數(shù)中乃至的一些選項(xiàng)。Signal.h:定義內(nèi)核中使用的所有信號(hào)的名稱和基本操作函數(shù)。Signal() signaction() Stdarg.h:標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)頭文件，它以宏的形式定義變量參數(shù)列表。主要說(shuō)明了一個(gè)類型va_list和三個(gè)宏va_start,va_arg,va_end，用于vsprintf,vprintf,vfprintf函數(shù)。Stddef.h:主要用于存放一些標(biāo)準(zhǔn)定義。String.h:文件以內(nèi)嵌函數(shù)的形式定義了所有字符串操作函數(shù)，使用了匯編程序。Termios.h:終端接口定義，含有termios結(jié)構(gòu)和通用終端端口設(shè)置函數(shù)原型。Time.h:涉及處理時(shí)間和日期的函數(shù)。Unistd.h:標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)常數(shù)和類型頭文件，該文件中定義了很多各種各樣的常數(shù)和類型，以及一些函數(shù)聲明。如果程序中定義了符號(hào)_LIBRARY_,則還包括內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和內(nèi)嵌匯編_syscall0()等。Utime.h:該文件定義了文件訪問(wèn)和修改時(shí)間的結(jié)構(gòu)utimebuf以及utime()函數(shù)原型。ASM子目錄：io.h memory.h segment.h system.h Io.h:定義了對(duì)硬件端口訪問(wèn)的嵌入式匯編函數(shù)：outb(),inb(),outb_p(),inb_p()Memory.h:含有內(nèi)存復(fù)制嵌入式匯編宏memcpy(),與string.h中 memcpy()相同。Segment.h:定義了訪問(wèn)段寄存器或與段寄存器有關(guān)的內(nèi)存操作函數(shù)。System.h:定義了設(shè)置和修改描述符/中斷門等的嵌入式匯編宏。Linux子目錄：config.h fdreg.h fs.h hdreg.h head.h kernel.h math_emu.h mm.h sched.h sys