MINIX3內(nèi)核初始化過程

朱熹之

在MINIX3內(nèi)核被成功加載到內(nèi)存后，控制權(quán)會轉(zhuǎn)移到kernel/mpx.s文件，根據(jù)機器字長為16位或32位來分別加載mpx88.s或者mpx386.s文件并執(zhí)行。

此時，cs和ds寄存器已經(jīng)指向MINIX3內(nèi)核的相應段，而ss寄存器仍指向boot的棧段，該棧中結(jié)構(gòu)如下：

（棧底） aout結(jié)構(gòu)體的地址 boot參數(shù)的大小和地址 boot的CS和IP（16位），以便MINIX3結(jié)束后將控制權(quán)交還給boot （棧頂）

對于32位PC機，MINIX3內(nèi)核會跳轉(zhuǎn)到mpx386.s文件的MINIX標簽處開始執(zhí)行：

MINIX:     jmp    over_flags        ! 跳過下面兩個用于boot的數(shù)據(jù)     .data2    CLICK_SHIFT flags:     .data2    0x01FD     nop over_flags: ! 設置boot棧，以便MINIX3結(jié)束后交還控制權(quán)     movzx    esp, sp        ! 將boot棧擴展為32位     push    ebp        ! 將棧頂?shù)刂穫魉徒oebp     mov    ebp, esp     push    esi     push    edi     cmp    4(ebp), 0        ! 如果boot的cs和ip均為0則不可交還控制權(quán)     jz    noret     inc    (_mon_return) noret:    mov    (_mon_sp), esp    ! 保存ESP的值 ! 將boot的GDT拷貝到內(nèi)核地址空間，并加載     sgdt    (_gdt+GDT_SELECTOR)        ! 將GDT的描述結(jié)構(gòu)拷貝到內(nèi)存                     ! 低2字節(jié)為字節(jié)長，高4字節(jié)為基址     mov    esi, (_gdt+GDT_SELECTOR+2)    ! boot中GDT的基址     mov    ebx, _gdt            ! 內(nèi)核中GDT的基址     mov    ecx, 8*8            ! 拷貝前8個描述符 copygdt: eseg    movb    al, (esi)            ! eseg說明操作數(shù)的段寄存器為es     movb    (ebx), al     inc    esi     inc    ebx     loop    copygdt     mov    eax, (_gdt+DS_SELECTOR+2)    ! 設置GDT基址     and    eax, 0x00FFFFFF     add    eax, _gdt     mov    (_gdt+GDT_SELECTOR+2), eax     lgdt    (_gdt+GDT_SELECTOR)        ! 加載GDT ! 設置內(nèi)核段寄存器和棧     mov    ebx, 8(ebp)    ! boot參數(shù)地址     mov    edx, 12(ebp)    ! boot參數(shù)長度     mov    eax, 16(ebp)    ! a.out頭地址     mov    (_aout), eax     mov    ax, ds     mov    es, ax     mov    fs, ax     mov    gs, ax     mov    ss, ax     mov    esp, k_stktop ! 調(diào)用start.c文件中的cstart函數(shù)來保存內(nèi)核信息     push    edx     push    ebx     push    SS_SELECTOR     push    DS_SELECTOR     push    CS_SELECTOR     call    _cstart     add    esp, 5*4 ! 重新加載GDT和IDT     lgdt    (_gdt+GDT_SELECTOR)     lidt    (_gdt+IDT_SELECTOR)     jmpf    CS_SELECTOR:csinit    ! 開始使用剛初始化好的表 csinit: ! 初始化段選擇子 o16    mov    ax, DS_SELECTOR    ! o16說明操作數(shù)為16位     mov    ds, ax     mov    es, ax     mov    fs, ax     mov    gs, ax     mov    ss, ax o16    mov    ax, TSS_SELECTOR    ! 初始化任務狀態(tài)段（TSS）     ltr    ax     push    0        ! 將eflags清0     popf ! 調(diào)用main.c文件中的main函數(shù)運行boot image     jmp    _main

其中，start.c文件中的cstart函數(shù)實現(xiàn)如下：

PUBLIC void cstart(cs, ds, mds, parmoff, parmsize) U16_t cs, ds;        [color=#FF9900>// 內(nèi)核代碼段與數(shù)據(jù)段 U16_t mds;            [color=#FF9900>// boot數(shù)據(jù)段 U16_t parmoff, parmsize;    [color=#FF9900>// boot參數(shù)地址與長度 {     char params[128*sizeof(char *)];     register char *value;     extern int etext, end; #if _WORD_SIZE != 2     [color=#FF9900>// 如果是386+則設置保護模式     machine.protected = 1;    #endif     [color=#FF9900>// 保存內(nèi)核代碼段和數(shù)據(jù)地址與長度     kinfo.code_base = seg2phys(cs);     kinfo.code_size = (phys_bytes) &etext;     kinfo.data_base = seg2phys(ds);     kinfo.data_size = (phys_bytes) &end;     [color=#FF9900>// 初始化保護模式下的描述符     prot_init();     [color=#FF9900>// 將boot參數(shù)拷貝到本地     kinfo.params_base = seg2phys(mds) + parmoff;    [color=#FF9900>// boot參數(shù)地址     kinfo.params_size = MIN(parmsize,sizeof(params)-2);    [color=#FF9900>// boot參數(shù)長度     phys_copy(kinfo.params_base, vir2phys(params), kinfo.params_size);                         [color=#FF9900>// 源 目的 長度     [color=#FF9900>// 保存其他信息     kinfo.nr_procs = NR_PROCS;     kinfo.nr_tasks = NR_TASKS;     strncpy(kinfo.release, OS_RELEASE, sizeof(kinfo.release));    [color=#FF9900>// 目的 源 長度     kinfo.release[sizeof(kinfo.release)-1] = '\0';     strncpy(kinfo.version, OS_VERSION, sizeof(kinfo.version));     kinfo.version[sizeof(kinfo.version)-1] = '\0';     kinfo.proc_addr = (vir_bytes) proc;     kinfo.kmem_base = vir2phys(0);     kinfo.kmem_size = (phys_bytes) &end;        [color=#FF9900>// 獲取CPU類型     machine.processor=atoi(get_value(params, "processor")); #if _WORD_SIZE == 2     machine.protected = machine.processor >= 286;         #endif     if (!machine.protected) mon_return = 0;     [color=#FF9900>// 獲取總線類型     value = get_value(params, "bus");     if (value == NIL_PTR || strcmp(value, "at") == 0) {         machine.pc_at = TRUE;     } else if (strcmp(value, "mca") == 0) {         machine.pc_at = machine.ps_mca = TRUE;     }     [color=#FF9900>// 獲取顯示器類型     value = get_value(params, "video");     if (strcmp(value, "ega") == 0) machine.vdu_ega = TRUE;     if (strcmp(value, "vga") == 0) machine.vdu_vga = machine.vdu_ega = TRUE; }

朱熹之

main.c文件中的main函數(shù)實現(xiàn)如下：

PUBLIC void main() {     struct boot_image *ip;     register struct proc *rp;     register struct priv *sp;     register int i, s;     int hdrindex;     phys_clicks text_base;     vir_clicks text_clicks, data_clicks;     reg_t ktsb;     struct exec e_hdr;     [color=#FF9900>// 初始化中斷控制器     intr_init(1);     [color=#FF9900>// 初始化進程表與特權(quán)控制表     for (rp = BEG_PROC_ADDR, i = -NR_TASKS; rp < END_PROC_ADDR; ++rp, ++i) {         rp->p_rts_flags = SLOT_FREE;         rp->p_nr = i; from ptr */         (pproc_addr + NR_TASKS)[i] = rp;     }     for (sp = BEG_PRIV_ADDR, i = 0; sp < END_PRIV_ADDR; ++sp, ++i) {         sp->s_proc_nr = NONE;         sp->s_id = i;         ppriv_addr[i] = sp;     }     [color=#FF9900>// 任務棧     ktsb = (reg_t) t_stack;     [color=#FF9900>// 初始化boot image中的進程     for (i=0; i < NR_BOOT_PROCS; ++i) {         ip = &image[i];         rp = proc_addr(ip->proc_nr);        [color=#FF9900>// 進程描述符         rp->p_max_priority = ip->priority;    [color=#FF9900>// 最大調(diào)度優(yōu)先級         rp->p_priority = ip->priority;        [color=#FF9900>// 當前調(diào)度優(yōu)先級         rp->p_quantum_size = ip->quantum;    [color=#FF9900>// 時間片         rp->p_ticks_left = ip->quantum;        [color=#FF9900>// 當前剩余時間片         strncpy(rp->p_name, ip->proc_name, P_NAME_LEN);    [color=#FF9900>// 進程名         (void) get_priv(rp, (ip->flags & SYS_PROC));    [color=#FF9900>// 獲取特權(quán)級         priv(rp)->s_flags = ip->flags;        [color=#FF9900>// 設置進程特權(quán)級標識         priv(rp)->s_trap_mask = ip->trap_mask;    [color=#FF9900>// 設置允許使用的系統(tǒng)調(diào)用         priv(rp)->s_call_mask = ip->call_mask;    [color=#FF9900>// 設置允許使用的內(nèi)核調(diào)用        priv(rp)->s_ipc_to.chunk[0] = ip->ipc_to;    // 可向其發(fā)送消息的進程         if (iskerneln(proc_nr(rp))) {             [color=#FF9900>// 如果是內(nèi)核進程則設置棧保護             if (ip->stksize > 0) {                 [color=#FF9900>// KERNEL進程的棧為0                 rp->p_priv->s_stack_guard = (reg_t *) ktsb;                 *rp->p_priv->s_stack_guard = STACK_GUARD;             }             ktsb += ip->stksize;    [color=#FF9900>// 棧底             rp->p_reg.sp = ktsb;    [color=#FF9900>// 棧頂             text_base = kinfo.code_base >> CLICK_SHIFT;             hdrindex = 0;    [color=#FF9900>// 所有內(nèi)核進程被編譯成同一文件         } else {             hdrindex = 1 + i-NR_TASKS;         }         [color=#FF9900>// 從boot拷貝a.out頭的exec結(jié)構(gòu)體         phys_copy(aout + hdrindex * A_MINHDR, vir2phys(&e_hdr),                         (phys_bytes) A_MINHDR);         [color=#FF9900>// 使用clicks表示地址         text_base = e_hdr.a_syms >> CLICK_SHIFT;         text_clicks = (e_hdr.a_text + CLICK_SIZE-1) >> CLICK_SHIFT;         if (!(e_hdr.a_flags & A_SEP)) text_clicks = 0;         data_clicks = (e_hdr.a_total + CLICK_SIZE-1) >> CLICK_SHIFT;         [color=#FF9900>// 構(gòu)建進程內(nèi)存映像         rp->p_memmap[T].mem_phys = text_base;         rp->p_memmap[T].mem_len = text_clicks;         rp->p_memmap[D].mem_phys = text_base + text_clicks;         rp->p_memmap[D].mem_len = data_clicks;         rp->p_memmap[S].mem_phys = text_base + text_clicks + data_clicks;         rp->p_memmap[S].mem_vir = data_clicks;         [color=#FF9900>// 設置初始化寄存器值         rp->p_reg.pc = (reg_t) ip->initial_pc;         rp->p_reg.psw = (iskernelp(rp)) ? INIT_TASK_PSW : INIT_PSW;         if (isusern(proc_nr(rp))) {             [color=#FF9900>// 初始化服務器棧指針（向下移動一個字），使其能接收argc參數(shù)             rp->p_reg.sp = (rp->p_memmap[S].mem_vir +                 rp->p_memmap[S].mem_len) << CLICK_SHIFT;             rp->p_reg.sp -= sizeof(reg_t);         }         if (rp->p_nr != HARDWARE) {             [color=#FF9900>// 將進程設置為等待運行（ready）狀態(tài)             rp->p_rts_flags = 0;             lock_enqueue(rp);         } else {             [color=#FF9900>// 阻止KERNEL（HARDWARE）進程運行             rp->p_rts_flags = NO_MAP;         }         [color=#FF9900>// 為進程分配代碼段和數(shù)據(jù)段         alloc_segments(rp);     } [color=#FF9900>// for循環(huán)結(jié)束 #if ENABLE_BOOTDEV     [color=#FF9900>// 加載boot設備     hdrindex++;     phys_copy(aout + hdrindex * A_MINHDR,vir2phys(&e_hdr),(phys_bytes) A_MINHDR);     if (e_hdr.a_flags & A_IMG) {         kinfo.bootdev_base = e_hdr.a_syms;         kinfo.bootdev_size = e_hdr.a_data;     } #endif     bill_ptr = proc_addr(IDLE);    [color=#FF9900>// 設置IDLE為第一個運行的進程     announce();        [color=#FF9900>// 顯示歡迎信息     [color=#FF9900>// 調(diào)用mpx386.s文件中的_restart函數(shù)開始進程調(diào)度等     restart(); }

到此為止，MINIX3的內(nèi)核就完成了全部的初始化工作，并開始通過進程調(diào)度來運行所有的進程。

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augustusqing

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