Linux0.11之进程0创建进程1（1）

进程0是由linus写在操作系统文件中的，是预先写死了的。那么进程0以后的进程是如何创建的呢？本篇文章主要讲述进程0创建进程1的过程。

在创建之前，操作系统先是进行了一系列的初始化，分别为设备号、块号、内存大小的设置、内存管理、中断、字符设备、时间、LDT和GDT、缓冲区、硬盘、软盘以及开启之前关闭的中断。由于操作系统通常情况下是运行在用户模式下的，因此还进行的一个很重要的工作就是特权级的切换。具体对应linux0.11代码中main.c文件中的内容。

接下来一个很有意思且很重要的事情就是，调用了fork()函数，好家伙，上来就给你创建进程1。这个函数并没有被定义，它是由编译器编译产生的。

fork是通过内联函数static inline _syscall0(int,fork)引入的。_syscall0()定义在unistd.h文件中，具体代码是这样的。

 

 

 

 

途中第一个冒号后对应输出，a对应寄存器eax，第二个冒号后对应输入，其意思就是将_NR_##name的值给eax，在这里，就是eax = __NR_fork = 2。展开以后，这个函数就是c语言中的fork函数。

 

 

 

linus为什么这么费力的做这件事情呢？有以下几个原因，首先，c语言中的函数在调用的时候，都是要进行保护操作的，也就是入栈，这会占据额外的内存开销，要知道，我们操作系统的内存都是很紧张的，如果所有函数都这样做会很容易导致操作系统内存的不够用。而内联函数不一样，它与宏函数有点像，是直接将函数代码插入在调用位置，这样能避免入栈操作，也就能避免这样的问题了。此外，除了fork，操作系统还有各种相似的系统调用来写,系统调用里面还有不同的参数.如果挨个写,可能要写上百个,但是这里只给了一个程序架子,就能自动生成所需要的代码。

这个函数首先是调用了int 0x80中断，这个中断首先去中断描述符表中找自己对应的中断服务程序在哪里，然后呢去中断服务程序对应的程序入口地址去执行对应程序，执行的是_system_call（在system_call.s文件中）。它大致做了这么些事情，首先，由用户特权级跳转到内核特权级，接下来将当前系统状态入栈保存(TSS)，然后通过sys_call_table数组去调用对应的系统调用函数，这里显然是_sys_fork。具体代码是这个样子的：

 

_sys_fork长这样：

 

显然这个函数先调用了c中find_empty_process()函数，这个函数在fork.c文件中，它做了这么一件事情，为当前创建的进程争取在task数组中空闲的位置。

 

 

 last_pid的初始值为0，为long类型，显然系统中最大的last_pid为0x8000，当超过这个值后就会回转计算了。第一个if判断起到两种作用，是的pid每次都从1开始，因为0是进程0，已经创建且会一直在task数组中存在，为什么呢？这可是所有进程的最大的父亲，当然不能动，不然后续怎么进行复制呢？然后每次让last_pid + 1，用last_pid来标记当前进程的进程号，显然，当一个进程在task数组中存在了，就会对应一个last_pid值，两个创建的进程显然不能一样呀，这可是进程的标识符。在我们这呢，由于是第一次创建，因此，不会出现这样的情况，直接for循环结束进入下一个循环，这个循环就是返回一个空闲的task数组中的位置。如果没找到合适的task数组中的位置怎么办呢？没找到，显然意味着这个数组已经满了，没有空闲的位置了。因此返回一个-EAGAIN（-11）标识符。

执行完当然是回到_sys_fork里面。首先肯定要判断下咱返回来的是个啥，就是testl %eax,%eax这行。这里如果是负数那么直接就返回去了，后续需要进程调度，在这里不展开讲，因为和这篇文章的主题离得太远了。现在咱已经在task数组里面占到坑了，那当然是赶紧创建，创建操作是调用c函数copy_process()来实现的，这个函数也在fork.c里面。调用函数前，当然是要保存当前的系统状态了，因此也要进行一系列的入栈操作，此外这些值在copy_process()中都要用到。然后，咱就到了copy_process()。

这个函数长这样：

 1 int copy_process(int nr,long ebp,long edi,long esi,long gs,long none,
 2         long ebx,long ecx,long edx,
 3         long fs,long es,long ds,
 4         long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss)
 5 {
 6     struct task_struct *p;
 7     int i;
 8     struct file *f;
 9 
10     p = (struct task_struct *) get_free_page();
11     if (!p)
12         return -EAGAIN;
13     task[nr] = p;
14     *p = *current;    /* NOTE! this doesn't copy the supervisor stack */
15     p->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
16     p->pid = last_pid;
17     p->father = current->pid;
18     p->counter = p->priority;
19     p->signal = 0;
20     p->alarm = 0;
21     p->leader = 0;        /* process leadership doesn't inherit */
22     p->utime = p->stime = 0;
23     p->cutime = p->cstime = 0;
24     p->start_time = jiffies;
25     p->tss.back_link = 0;
26     p->tss.esp0 = PAGE_SIZE + (long) p;
27     p->tss.ss0 = 0x10;
28     p->tss.eip = eip;
29     p->tss.eflags = eflags;
30     p->tss.eax = 0;
31     p->tss.ecx = ecx;
32     p->tss.edx = edx;
33     p->tss.ebx = ebx;
34     p->tss.esp = esp;
35     p->tss.ebp = ebp;
36     p->tss.esi = esi;
37     p->tss.edi = edi;
38     p->tss.es = es & 0xffff;
39     p->tss.cs = cs & 0xffff;
40     p->tss.ss = ss & 0xffff;
41     p->tss.ds = ds & 0xffff;
42     p->tss.fs = fs & 0xffff;
43     p->tss.gs = gs & 0xffff;
44     p->tss.ldt = _LDT(nr);
45     p->tss.trace_bitmap = 0x80000000;
46     if (last_task_used_math == current)
47         __asm__("clts ; fnsave %0"::"m" (p->tss.i387));
48     if (copy_mem(nr,p)) {
49         task[nr] = NULL;
50         free_page((long) p);
51         return -EAGAIN;
52     }
53     for (i=0; i)
54         if (f=p->filp[i])
55             f->f_count++;
56     if (current->pwd)
57         current->pwd->i_count++;
58     if (current->root)
59         current->root->i_count++;
60     if (current->executable)
61         current->executable->i_count++;
62     set_tss_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_TSS_ENTRY,&(p->tss));
63     set_ldt_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_LDT_ENTRY,&(p->ldt));
64     p->state = TASK_RUNNING;    /* do this last, just in case */
65     return last_pid;
66 }

View Code

它首先做的一件事情是申请一个空页，调用了get_free_page（）函数。该函数是在memory.c文件中定义。

 

 

回到copy_process()函数，它先做了个强制类型转换，将这个页面的指针强制类型转换为指向task_struct的指针向量，并挂接在task[nr=1]上。nr是find_empty_process返回的任务号。需要注意的是，c语言中的指针有地址和类型的含义，强制类型转换的意思是认定这个页面的低地址 端就是进程1的task_struct的首地址，同时暗示了高地址部分是内核栈，长这样：

 

空白部分是stack数组。 

下面就要开始讲进程创建部分的很有意思的内容了，请听下回分解。