簡析linux內(nèi)核的內(nèi)核執(zhí)行流程

1、簡析linux內(nèi)核的執(zhí)行流程從bootsect.s到main.c（內(nèi)核版本0.11）Linux啟動的第一階段（從開機到main.c）3個任務：A、啟動BBIOSS，準備備實模式式下的中中斷向量量表和中中斷服務務程序。B、從啟動動盤加載載操作系系統(tǒng)程序序到內(nèi)存存。C、為執(zhí)行行32的的maiin函數(shù)數(shù)做過渡渡準備。內(nèi)存變化如如下：、0 xFEE0000到0 xxFFFFFF是是BIOOS啟動動塊，其其中上電電后第一一條指令令在0 xxFFFFF0。、而后0 xx000000到到0 x0003FFF總共共1KBB存放中中斷向量量表，而而接下去去的地址址到0 xx0044FF共共2566B存放放BIO

2、OS數(shù)據(jù)據(jù)，從00 x0EE05BB開始的的約8KKB的內(nèi)內(nèi)存中存存放中斷斷服務程程序。、利用BIIOS中中斷0 xx19hh把硬盤盤的第一一扇區(qū)bboottsecct.ss的代碼碼加載到到內(nèi)存中中，即00 x077c000處，后后轉(zhuǎn)到該該處執(zhí)行行。、將boootseect.s的代代碼復制制到0 xx900000處處。、利用中斷斷0 x113h將將settup.s程序序加載到到內(nèi)存00 x9002000處。、再將剩余余的約2240個個扇區(qū)的的內(nèi)容加加載到00 x10000000 xx2EFFFF處處。、開始轉(zhuǎn)到到settup.s處執(zhí)執(zhí)行，第第一件事事就利用用BIOOS提供供的中斷斷服務程程序從

3、設(shè)設(shè)備上獲獲取內(nèi)核核運行的的所需系系統(tǒng)數(shù)據(jù)據(jù)并存在在0 x9900000的地地址處，這這時將原原來boootssectt.s的的代碼覆覆蓋得只只剩2BBytee的空間間。、關(guān)中斷并并將系統(tǒng)統(tǒng)代碼復復制到00 x0000000處，將將原來放放在這里里的中斷斷向量表表與BIIOS數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)覆覆蓋掉，地地址范圍圍是0 xx0000000 x11EFFFF。同同時制作作兩表與與兩寄存存器。開地址線AA20，尋尋址空間間達到44GB，后后對82259重重新編程程，改變變中斷號號。、轉(zhuǎn)到heead.s（大大小是225K+1844B）執(zhí)執(zhí)行，執(zhí)執(zhí)行該程程序完后后是這樣樣的：0 x0000000 x004FFF

4、F:頁頁目錄與與4個頁頁表，每每一項是是4KBB,共220KBB；0 x0500000 x0054000:共共1KBB的空間間是軟盤盤緩沖區(qū)區(qū)；0 x0544010 x0054bb8:共共1844B沒用用；0 x0544b90 x005cbb8：共共2KBB的空間間存中斷斷描述符符表；0 x05ccb90 x0064bb8：共共2KBB的空間間存全局局描述符符表；之后就是mmainn函數(shù)的的代碼了了！第二階段、從從maiin.cc函數(shù)到到系統(tǒng)準準備完畢畢階段。第一步：創(chuàng)創(chuàng)建進程程0，并并讓進程程0具備備在322位保護護模式下下載主機機中的運運算能力力。流程程是：復制根設(shè)備備和硬盤盤參數(shù)表表 （

5、mmainn.c中中的1002、1110、1111行行） 物理內(nèi)存規(guī)規(guī)劃格局局（maain.c的1112行行1226行，其其中有 rrd_iinitt函數(shù)定定義在kkernnel/rammdissk.cc中，此此函數(shù)用用于虛擬盤盤初始化化；而mmem_iniit函數(shù)數(shù)是用于于內(nèi)存管管理結(jié)構(gòu)構(gòu)初始化化，定義義在meem/mmemoory.c中，該該函數(shù)頁頁面使用用 虛擬盤設(shè)置置與初始始化次數(shù)均均設(shè)置成成1000，然后后再依據(jù)據(jù)主內(nèi)存存的起始位位置和終終止位置置將處于于主內(nèi)存存的所有有頁面的的使用次數(shù)數(shù)全部清清零，系系統(tǒng)以后后把使用用次數(shù)為為0的頁頁面視為空空閑頁面面。）內(nèi)存管理結(jié)結(jié)構(gòu)meem_m

6、map初初始化 異常處理類類中斷服服務程序序掛接（在maain.c的1127行行，trrap()函數(shù)數(shù)定義 keerneel/ttrapp.c，目目的是將將各種中中斷與中中斷描述述符表掛掛接。）初始化塊設(shè)設(shè)備與字字符設(shè)備備請求項項結(jié)構(gòu)（在在maiin.cc的1228、1129行行，blkk_deev_iinitt()定義在在kerrnell/bllk_ddev/ll_rw_blkk.c，chr_ddev_iniit()定義在在kerrnell/chhr_ddev/ttyy_ioo.c）將串口與顯顯示器外外設(shè)的中中斷服務務程序掛掛接（在在maiin.cc的1330行， ttyy_innit()定

7、義義在keerneel/cchr_devv/ttty_iio.cc）開啟時間設(shè)設(shè)置（在在maiin.cc的1331行，ttimee_innit()定義義于maain.c函數(shù)數(shù) 76行行staartuup_ttimee）系統(tǒng)開始激激活進程程0（在maain.c的1131行行，scchedd_innit()定義義在keerneel/ schhed.c函數(shù)數(shù)中，該該函數(shù)實實現(xiàn)進程程相關(guān)事事務設(shè)置置依據(jù)時鐘中中斷設(shè)置置，系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)用服服務程序序掛接。系系統(tǒng)調(diào)用用函數(shù)是是對用戶戶程序的的最基本本支持，利利用的是是進程相關(guān)事事務初始始化設(shè)置置系統(tǒng)調(diào)調(diào)用軟中中斷，詳詳細見下下面講 的。）時鐘中斷設(shè)設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用

8、服服務程序序掛接 初始化緩沖沖區(qū)管理理結(jié)構(gòu)（在在maiin.cc中1333行， buffer_init(buffer_memory_end)定義fs/buffer.c） 初始化硬、軟軟盤（mmainn.c中中1344、1335行，hhd_iinitt與fllopppy_iinitt定義于keerneel/bblk_drvv/hdd.c和和kerrnell/bllk_ddrv/flooppyy.c）開中斷（maain.c中1136行行，stti（）第二步：以以進程00為母本本創(chuàng)建進進程1，使使進程11不僅僅僅具備進進程0所所擁有的的能力，而而且還能能以文件件的形式式與外設(shè)設(shè)進行數(shù)數(shù)據(jù)交互互。流程

9、程是：操作系統(tǒng)為為進程00創(chuàng)建進進程1做做準備 maain.c中1137行行，moove_to_user_modde()定義在在inccludde/aasm/sysstemm.h，實實現(xiàn)從內(nèi)核態(tài)到用用戶態(tài)。進進程0正正式開始始執(zhí)行，而而后執(zhí)行maiin.cc的1338行的的“if(!foork()”，開始始創(chuàng)建在進程槽中中為進程程1申請請一個空空閑位置置并獲取取進程號號進程1，此此時將執(zhí)執(zhí)行unnistted.h中的的sysscalll0宏宏函數(shù)，得到一個個編號，對對于foork函函數(shù)，其其值是22，具體體在這個程序序中的第第62行行有定義義，然后后執(zhí)行軟軟中斷復制進程00的信息息之前，先先將

10、一些些數(shù)據(jù)壓壓棧 ，進入入系統(tǒng)調(diào)調(diào)用階段段，跳到到內(nèi)核態(tài)態(tài)，執(zhí)行行kerrnell/syysteem_ccalll.s中中的代碼碼，將一一些寄存存器的值壓棧棧后，通通過剛才才在unnistted.h中給給eaxx賦值初步設(shè)置進進程1管管理結(jié)構(gòu)構(gòu)的2偏偏移值在在系統(tǒng)調(diào)調(diào)用syys_ccalll_taablee中找到到syss_foork函函數(shù)，跳跳到該函函數(shù)執(zhí)行行。進入后首首先申請請一個空空閑位置置并獲取取進程號號。這同樣在ssysttem_calll.ss函數(shù)中中的syys_fforkk進程0創(chuàng)建建進程11的過程程中發(fā)生生時鐘中中斷中的_ffindd_coopy_ proocesss,再再跳到

11、該該函數(shù)的的定義處處kerrnell/fork.c中，后后返回到到syss_foork中中，在從中斷返回回復制進進程信息息前，再再將一些些數(shù)據(jù)壓壓棧， 此時有有一個寄寄存器的的值和前前面的不不一樣，那就是eaax，此此時是11，它從從tassk664中中得到的。之之后執(zhí)行行coppy_pproccesss，跳到到調(diào)整進程11的管理理結(jié)構(gòu)定義處處kerrnell/foork.c中，設(shè)設(shè)置進程程1的 管理結(jié)結(jié)構(gòu)。假假如此時時發(fā)生時時鐘中斷斷，系統(tǒng)統(tǒng)會響應并執(zhí)執(zhí)行keerneel/ssysttem_calll.ss函數(shù)中的timmer_intterrruptt定義處處，先壓壓棧后設(shè)置進程11的線性性

12、地址空空間及物物理頁面面進入kkernnel/schhed.c的do_ttimeer函數(shù)數(shù)，別忘忘了此時時仍在進進程0執(zhí)行，然然后便發(fā)發(fā)現(xiàn)時間間片還沒沒完，所所以跳出，并返返回到rret_froom_ssys_calll。這這是繼續(xù)調(diào)整進進程1的的管理結(jié)結(jié)構(gòu)在keerneel/ssysttem_calll.ss中定義義的，接著直接將將剛才的的壓棧數(shù)數(shù)據(jù)出棧棧，繼續(xù)續(xù)完成剛才創(chuàng)建進進程1的的任務，即即在foork.c中繼繼續(xù)調(diào)整進程11的管理理結(jié)構(gòu)，同同時設(shè)置置進程進程0準備備切換到到進程111的線線性地址址空間及及物理頁頁面，直直到執(zhí)行到這條條語句“p-staate=TASSK_RUNNIIN

13、G；retturnn laast_pidd;”，標志志著系統(tǒng)切換到到進程11執(zhí)行進程11創(chuàng)建完完成。后后跳出ccopyy_prroceess.c函數(shù)，返回回到syysteem_ccalll.s，將將壓棧的的進程1開始始執(zhí)行的寄存存器值出出棧，此此時eaax是11。后中中斷返回回 ，進程程由從內(nèi)內(nèi)核態(tài)變變?yōu)橛脩魬魬B(tài)，即即到了uniisteed.hh的“if(_rees=0)”這條指指令中，_res的的值就是是eaxx的值，一一判斷成成立，就就返進程1開始始以數(shù)據(jù)據(jù)塊的形形式操作作硬盤回該值值。最后后回到了了maiin.cc 的“if(!foork()”中，一一判斷不不成立，跳跳出執(zhí)行下一一條指令

14、令“forr（；）paausee();”，同理理Pausee函數(shù)也也和foork函函數(shù)一樣樣，這里里就不將找到的緩緩沖塊與與請求項項掛接講了，進進入syys_ppausse()后將進進程0置為可中斷斷等待狀狀態(tài)，并并調(diào)用在在kerrnell/scheed.cc定義的的schheduule()函數(shù)數(shù)切換進進程。進程切換中中斷返回回后執(zhí)行行了第一一條語句句將請求項與與硬盤處處理函數(shù)數(shù)掛接是“if(_rees=0)”，一判判斷， 剛存的的eaxx值為00，返回回到“if(!foork()”判斷為真，執(zhí)執(zhí)行innit（）函函數(shù)，這這在maain.c定義。進入入iniit.cc后其程程序執(zhí)行行流程見見附

15、錄，進行硬盤讀讀盤前的的工作準準備各個程程序執(zhí)行行目的正正如左邊邊寫的一一樣。給硬盤下達達讀盤命命令進程1由于于等待讀讀盤操作作掛起系統(tǒng)切換到到進程00執(zhí)行進程0執(zhí)行行過程中中發(fā)生硬硬盤中斷斷 硬盤中斷斷服務程程序響應應后，進進程0繼繼續(xù)執(zhí)行行再次響應硬硬盤中斷斷，并喚喚醒進程程1 讀盤操作作完成后后進程11繼續(xù)執(zhí)執(zhí)行 進程1繼繼續(xù)設(shè)置置硬盤管管理結(jié)構(gòu)構(gòu) 進程1獲獲取軟盤盤超級塊塊，為加加載根文文件系統(tǒng)統(tǒng)做準備備 進程1備備份超級級塊數(shù)據(jù)據(jù) 進程1將將根文件件系統(tǒng)從從軟盤拷拷貝到虛虛擬盤進程1開始始加載根根文件系系統(tǒng)進程1準備備加載根根文件系系統(tǒng)超級級塊進程1繼續(xù)續(xù)加載根根文件系系統(tǒng)進程1準備

16、備獲取根根目錄節(jié)節(jié)點進程1加載載根目錄錄節(jié)點進程1結(jié)束束加載根根文件系系統(tǒng)的過過程進程1與內(nèi)內(nèi)核文件件表掛接接，為打打開文件件做準備備確定打開操操作的起起點獲取枝梢ii節(jié)點ddev目目錄文件件的i節(jié)節(jié)點確定devv的目錄錄文件ii節(jié)點為為枝梢節(jié)節(jié)點繼續(xù)返回枝枝梢i節(jié)節(jié)點查找ttyy0文件件的i節(jié)節(jié)點將tty00設(shè)備文文件的ii節(jié)點，返返回給ssys_opeen系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)用分析ttyy0文件件i節(jié)點點設(shè)置文件管管理結(jié)構(gòu)構(gòu)并返回回給用戶戶進程進程復制ttty00文件句句柄進程1繼續(xù)續(xù)復制ttty00文件句句柄第三步：以以進程11為母本本創(chuàng)建進進程2，使使進程22在全面面具備進進程1所所擁有的的能力和

17、和環(huán)境的的基礎(chǔ)上上，進一一步具備備支持”人機交交互“的能力力，最終終實現(xiàn)準準備階段段完成。流流程如下下：進程1準備備創(chuàng)建進進程2 與進進程0創(chuàng)創(chuàng)建進程程1一樣樣，創(chuàng)建建進程22，復 制進進程1的的管理結(jié)結(jié)構(gòu)，復復制頁表表、頁目目錄 項等等，創(chuàng)建建進程22后即執(zhí)執(zhí)行到iinitt/maain.c中復制進程22的管理理結(jié)構(gòu)并并進行調(diào)調(diào)整 1766行與1186行行，分別別是：iif(!(piid =fforkk()中子進進程即進進程2執(zhí)執(zhí)行，而而父進程程（ 進程程1）執(zhí)執(zhí)行1886行的的if(pidd0），父父進程調(diào)整進程22管理結(jié)結(jié)構(gòu)中與與文件有有關(guān)的內(nèi)內(nèi)容 進入入waiit函數(shù)數(shù)，等待待！ 進入

18、入waiit函數(shù)數(shù)后還做做了一些些動作：首先 查找找自己的的子進程程，確定定是進程程2后，判判斷進程1執(zhí)行行過程中中發(fā)生時時鐘中斷斷 進程程2是否否處于終終止狀態(tài)態(tài)或是 僵死死狀態(tài)，一一判斷不不是，就就將進程程1設(shè)置置為 可中中斷等待待狀態(tài)，繼繼而調(diào)用用schheduule()函數(shù)數(shù)進程1從時時鐘中斷斷返回 準準備切換換到進程程2執(zhí)行行 切換到到進程22。 進進入進程程2后開開始加載載sheell程程序。首首先執(zhí) 行iinitt/maain.c中1180行行的“cloose(0);”，就是是進程1查找找它自己己的子進進程 解除ffilpp200與ffilee_taablee644的第第一項 關(guān)

19、系，這這是從進進程1繼繼承過來來的。然然后 是是“if(opeen(etcc/rcc,OO_RDDONLLY,00)）”，對進程2的的狀態(tài)進進行處理理 其中是是將進程程2的管管理結(jié)構(gòu)構(gòu)指針表表fillp 20的第一一項與ffilee_taablee644的第第一項建建立 一一個關(guān)于于資源配配置的文文件，而而后再執(zhí)執(zhí)行切換到進程程2執(zhí)行行 eexeccve函函數(shù)，并并映射到到syss_exxecvve系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)用。 再再調(diào)用ddo_eexeccve函函數(shù)，目目的便是是將參數(shù)數(shù) 與與環(huán)境變變量加載載到主內(nèi)內(nèi)存的頁頁面中去去，中斷斷為打開/eetc/rc文文件做準準備 返回，但但此時在在該函數(shù)數(shù)里已經(jīng)

20、經(jīng)將EIIP的 值指指向了sshelll程序序的入口口地址，所所以返回回后 執(zhí)行行的是sshelll的第第一條指指令，但但這時卻卻發(fā)現(xiàn)進程2打開開”/ettc/rrc“配置文文件 內(nèi)存中中沒有這這一條指指令的映映射， 所以以發(fā)生“缺頁中中斷”，然后后調(diào)用ppagee_faaultt 函數(shù)中中的doo_noo_paage。通過壓棧為為加載sshelll文件件做準備備為參數(shù)和環(huán)環(huán)境變量量設(shè)置做做準備得到sheell文文件i節(jié)節(jié)點為加載參數(shù)數(shù)和環(huán)境境變量做做準備根據(jù)i節(jié)點點，為sshelll文件件進行檢檢測檢測sheell文文件頭備份文件頭頭并進行行分析對shelll文件件進行進進一步分分析拷貝參數(shù)

21、與與環(huán)境變變量調(diào)整進程22的管理理結(jié)構(gòu)繼續(xù)調(diào)整進進程2的的管理結(jié)結(jié)構(gòu)釋放進程22繼承的的頁面檢測協(xié)處理理器調(diào)整sheell程程序所在在的線性性地址空空間為shelll程序序準備參參數(shù)與環(huán)環(huán)境變量量繼續(xù)調(diào)整進進程2的的管理結(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)整EIPP，使其其指向sshelll程序序的入口口地址Shelll程序執(zhí)執(zhí)行發(fā)生生缺頁中中斷缺頁中斷中中sheell程程序加載載前檢測測為即將載入入的內(nèi)容容申請頁頁面為shelll載入入新獲得得的頁面面根據(jù)sheell進進程的情情況，調(diào)調(diào)整頁面面內(nèi)容將線性地址址空間與與程序所所在的物物理頁面面相對應應 SShelll程序序開始執(zhí)執(zhí)行，執(zhí)執(zhí)行的內(nèi)內(nèi)容是/etcc/ rcc

22、里面的的命令，其其中便有有創(chuàng)建uupdaate進進Shelll進程準準備創(chuàng)建建upddatee進程 程，該該進程是是為同步步緩沖區(qū)區(qū)與硬盤盤而 設(shè)的進進程，它它會時不不時的進進入睡眠眠狀 態(tài)，經(jīng)經(jīng)過一定定的時間間再被喚喚醒然后后更新進程2開始始執(zhí)行/etcc/rcc文件 緩沖沖區(qū)與硬硬盤的數(shù)數(shù)據(jù)。之之后創(chuàng)建建完成后后 Shhelll進程退退出，退退出操作作當然得得釋放它它占 用的的資源或或者是清清除掉，或或者是將將使用次次數(shù)準備加載uupdaate進進程 減減1。然然后為進進程1找找到一個個子進程程， 那就是是upddatee進程了了，發(fā)信信號告訴訴進程11 sheell進進程退出出，進程程1喚醒醒執(zhí)行，重重新進入入Shelll程序檢檢測“etcc/rcc”文件 maiin.cc函數(shù)中中執(zhí)行1180行行后面的的程序 再次次創(chuàng)建sshelll進程程，現(xiàn)在在進程號號是4，同同樣 與與之前的的一樣，但但此時稍稍微有點點不同的的是Shelll進程退退出 opeen的參參數(shù)是/devv/ttty0，這這是一個個設(shè)備 文文件，與與之