FreeNOS学习3——了解目录结构和Main函数
下载源码的文件夹,看到里面有以下内容:
解释一下里面都有啥
lib -> 共享代码
1、libfs 文件系统(磁盘管理)
2、liballoc 内存分配和虚拟内存映射(内存管理)
3、libexec 程序代码和数据的处理及获取
4、libmpi 并发编程的一些通信接口
5、libipc 进程间通信接口
6、libnet 一些标准网络协议的实现(网络驱动)
7、libstd 算法和数据结构的模板
8、libtest 测试框架
9、libarch 与特定处理器相关的代码
10、libposix 给应用层提供的标准系统调用接口
11、libi2c 通信驱动(I/O设备)
12、libusb 通信驱动(I/O设备)
13、libspi 通信驱动(I/O设备)
kernel -> 内核代码,包含:进程调度,虚拟内存管理
1、API(系统调用的接口及接口的内核侧实现)
2、ARM、Intel 特定处理器下的内核代码(switching、bootupcode)
bin
sh -> 命令行交互程序,用于执行外部程序和内置命令行;算是应用程序范畴
server -> 一些服务程序,作为操作系统的一些扩展组件。提供某些特定服务,设备驱动,文件系统等;
usb
video
...
config
应该是放一些配置文件的地方
test
测试相关
support
支撑scons等开发工具相关的
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这里以intel处理器平台为例:
在/kernel/intel/pc/main.cpp中找到内核的main函数,这里应该是整个操作系统的入口函数。
Main函数如下:
extern C int kernel_main(CoreInfo *info) { // Initialize heap at 3MB offset coreInfo.heapAddress = MegaByte(); coreInfo.heapSize = MegaByte(); Kernel::heap(coreInfo.heapAddress, coreInfo.heapSize); // Start kernel debug serial console ) { IntelSerial *serial = new IntelSerial(0x3f8); serial->setMinimumLogLevel(Log::Notice); } // Run all constructors first constructors(); // Create and run the kernel IntelKernel *kernel = new IntelKernel(info); return kernel->run(); }
第一步初始化heap,即初始化heap函数,它是Kernel类的静态函数。
该函数原型及注释如下:
/**
* Initialize heap.
*
* This function sets up the kernel heap for
* dynamic memory allocation with new() and delete()
* operators. It must be called before any object
* is created using new().
*
* @return Zero on success or error code on failure.
*/
static Error heap(Address base, Size size);
是建立内核堆,用于动态内存分配的,任何新对象的创建都必须在内核堆初始化之后进行。
第二步constructors
constructors是用来干嘛的?不是很清楚,后面再研究。。。
extern C void constructors() { for (void (**ctor)() = &CTOR_LIST; *ctor; ctor++) { (*ctor)(); } }
存在于/kernel/Support.cpp中
第三步new kernel对象
info是有关内核配置信息的结构体,作为new kernel对象时构造函数的参数。info包含了一些内核初始化必要的信息。
接下来研究kernel对象,kernel对象是IntelKernel类的实例,
相关类的继承关系如下所示:IntelKernel -> Kernel -> Singleton<Kernel>(这些类的详细定义有待后续研究)
new出kernel对象后,就运行了对象的run方法,该方法在Kernel中有定义,IntelKernel中没有。run方法定义如下:
int Kernel::run() { NOTICE(""); // Load boot image programs loadBootImage(); // Start the scheduler m_procs->getScheduler()->setTimer(m_timer); m_procs->schedule(); // Never actually returns. ; }
run函数做了两件事情:
1)加载bootImage。这是一个程序,具体做啥的不清楚,有待研究。加载过程需要分析loadBootImage()函数,有待研究,这个是kernel的成员函数。
2)给调度器Scheduler设置定时器setTimer(),启动进程调度schedule()。
m_procs是kernel的成员变量,指向进程管理器这个类的指针,有待研究一下。
进程管理器调用getScheduler()成员函数,返回的是指向调度器对象的指针,m_scheduler。
调度器Scheduler这个类有待研究。
调度器Scheduler使用了其成员函数setTimer()。
Timer也是一个类,有待研究。
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其实我们忽略了一些重要的内容,就是分析一下IntelKernel的构造函数,及Kernel的构造函数,还有就是探究Singleton<>这个模板类。
以下是IntelKernel的构造函数:
IntelKernel::IntelKernel(CoreInfo *info) : Kernel(info) { IntelMap map; IntelCore core; IntelPaging memContext(&map, core.readCR3(), m_alloc); // Refresh MemoryContext::current() memContext.activate(); // Install interruptRun() callback interruptRun = ::executeInterrupt; // Setup exception handlers ; i < ; i++) { hookIntVector(i, exception, ); } // Setup IRQ handlers ; i < ; i++) { // Trap gate if (i == 0x90) hookIntVector(); // Hardware Interrupt else hookIntVector(i, interrupt, ); } // Only core0 uses PIC and PIT. ) { // Set PIT interrupt frequency to 250 hertz m_pit.setFrequency(); // Configure the master and slave PICs m_pic.initialize(); m_intControl = &m_pic; } else m_intControl = ; // Try to configure the APIC. if (m_apic.initialize() == Timer::Success) { NOTICE("Using APIC timer"); // Enable APIC timer interrupt hookIntVector(m_apic.getInterrupt(), clocktick, ); m_timer = &m_apic; ) { m_apic.start(&m_pit); m_coreInfo->timerCounter = m_apic.getCounter(); } else m_apic.start(m_coreInfo->timerCounter, m_pit.getFrequency()); } // Use PIT as system timer. else { NOTICE("Using PIT timer"); m_timer = &m_pit; // Install PIT interrupt vector handler hookIntVector(m_intControl->getBase() + m_pit.getInterrupt(), clocktick, ); // Enable PIT interrupt enableIRQ(m_pit.getInterrupt(), true); } // Initialize TSS Segment Address tssAddr = (Address) &kernelTss; gdt[KERNEL_TSS].limitLow = ); gdt[KERNEL_TSS].baseLow = (tssAddr) & 0xffff; gdt[KERNEL_TSS].baseMid = (tssAddr >> ) & 0xff; gdt[KERNEL_TSS].type = ; gdt[KERNEL_TSS].privilege = ; gdt[KERNEL_TSS].present = ; gdt[KERNEL_TSS].limitHigh = ; gdt[KERNEL_TSS].granularity = ; gdt[KERNEL_TSS].baseHigh = (tssAddr >> ) & 0xff; // Fill the Task State Segment (TSS). MemoryBlock::, sizeof(TSS)); kernelTss.ss0 = KERNEL_DS_SEL; kernelTss.esp0 = ; kernelTss.bitmap = sizeof(TSS); ltr(KERNEL_TSS_SEL); }
然后是Kernel的构造函数:
Kernel::Kernel(CoreInfo *info) : Singleton<Kernel>() { // Output log banners if (Log::instance) { Log::instance->append(BANNER); Log::instance->append(COPYRIGHT "\r\n"); } // Compute lower & higher memory Memory::Range highMem; Arch::MemoryMap map; MemoryBlock::, sizeof(highMem)); highMem.phys = info->memory.phys + map.range(MemoryMap::KernelData).size; // Initialize members m_alloc = new SplitAllocator(info->memory, highMem); m_procs = new ProcessManager(new Scheduler()); m_api = new API(); m_coreInfo = info; m_intControl = ZERO; m_timer = ZERO; // Mark kernel memory used (first 4MB in phys memory) ; i < info->kernel.size; i += PAGESIZE) m_alloc->allocate(info->kernel.phys + i); // Mark BootImage memory used ; i < m_coreInfo->bootImageSize; i += PAGESIZE) m_alloc->allocate(m_coreInfo->bootImageAddress + i); // Mark heap memory used ; i < m_coreInfo->heapSize; i += PAGESIZE) m_alloc->allocate(m_coreInfo->heapAddress + i); // Reserve CoreChannel memory ; i < m_coreInfo->coreChannelSize; i += PAGESIZE) m_alloc->allocate(m_coreInfo->coreChannelAddress + i); // Clear interrupts table m_interrupts.fill(ZERO); }
子类构造函数运行前会先运行其父类的构造函数。所以应该是Kernel的构造函数先执行,然后是IntelKernel的构造函数。
一、分析Kernel的构造函数
1)涉及到low&higher memory的知识
Linux high memory 学习总结:https://www.cnblogs.com/kerrycode/p/5200843.html
linux内核的high memory概念详解:https://blog.csdn.net/acs713/article/details/8575235
2)主要过程
计算 low&higher memory
初始化成员(allocator、processmanager、中断管理器、定时器、内核信息)
探究类:SplitAllocator->Allocator、ProcessManager、IntController、Timer;
分配内存(这部分我的理解是为物理内存中内核镜像建立映射到虚拟内存中),讲得不是很清楚,需要理解allocator。
二、分析IntelKernel的构造函数
1)定义了map、mapcontext类的实例(MemoryMap、 MemoryContextl类有待研究)
2)建立中断、异常、陷阱的处理函数
3) PIC和PIT的初始化,PIC是外部中断处理器,PIT是外部中断定时器;还有一种APIC不是很清楚,有待研究
PIC简介:https://www.jianshu.com/p/16bf6aaa1ade
4) TSS 任务状态段的初始化
TSS介绍:https://www.cnblogs.com/long123king/p/3501853.html
linux内核-TSS:https://www.cnblogs.com/ISeeIC/p/3617573.html
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