linux0.11内核main.c中的内存初始化 /*非常详解*/

linux0.11内核main.c中的内存初始化 /*非常详解*/

自从进入安全模式之后，CPU的寻址能力从1M一下子扩展到4G，物理地址＝段基址（CS）*16＋偏移地址（IP）的日子一去不复返了；可以想象，从这个时候的内存的初始化也就成为一个关键步骤。那么、内核究竟是怎么做的呢？
下面的代码就是这个时候内核代码，

.
#define  RAMDISK 32 /*这个定义是我特意加上去的，原代码中无此定义*/
#define ORIG_ROOT_DEV (*(unsigned short *)0x901FC)
#define DRIVE_INFO (*(struct drive_info *)0x90080)
.
void main (void )        
{                
  ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV;
  drive_info = DRIVE_INFO;
  memory_end = (1 << 20) + (EXT_MEM_K << 10);
  memory_end &= 0xfffff000;
  if (memory_end > 16 * 1024 * 1024)       
       memory_end = 16 * 1024 * 1024;

  if (memory_end > 12 * 1024 * 1024)
      buffer_memory_end = 4 * 1024 * 1024;
  else if (memory_end > 6 * 1024 * 1024)
      buffer_memory_end = 2 * 1024 * 1024;
  else
    buffer_memory_end = 1 * 1024 * 1024;
  main_memory_start = buffer_memory_end;
  
  #ifdef RAMDISK
  main_memory_start += rd_init(main_memory_start, RAMDISK * 1024);
  #endif
   mem_init (main_memory_start, memory_end);
.

它完成了内存的分页、分配工作。其中调用了其他的代码，且看他是如何工作的：

 ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV; /*   #define ORIG_ROOT_DEV (*(unsigned short *)0x901FC)    */
 drive_info = DRIVE_INFO; /*    (*(struct drive_info *)0x90080)      */
 
他们的意思非常想近
0x901FC 和 0x90080 所在地址开始长度unsigned short与struct drive_info长度的内存空间内容，已在前面在系统引导代码/boot/setup.s 中已做了设置

具体是:

0x90080地址开始存放的是两个硬盘参数表，0x90080~0x9008f放了第一个硬盘的参数；0x90090~0x9009f存放了第二个硬盘的参数表，具体代码

! 第一个硬盘
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[ 4*0x41] !  取中断向量0x41 的值，也即hd0 参数表的地址 ds:si
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0080 ! 传输的目的地址: 0x9000:0x0080 =  es:di
mov cx,#0x10 !  循环0x10次没次一个字节，共传输0x10 字节。
rep
movsb  

! 第二个硬盘

mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[ 4*0x46] ! 取中断向量0x46 的值，也即hd1 参数表的地址= ds:si
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0090 ! 传输的目的地址: 0x9000:0x0090 =  es:di
mov cx,#0x10
rep
movsb

#define EXT_MEM_K (*(unsigned short *)0x90002) 

其中0x90002的内容也是在Setup.s设置好的

! Get memory size (extended mem, kB) !  下面3 句取扩展内存的大小值（KB）。
! 是调用中断0x15，功能号ah = 0x88
! 返回：ax =  从0x100000（1M）处开始的扩展内存大小(KB)。
! 若出错则CF 置位，ax =  出错码。

mov ah,#0x88
int 0x15
mov [ 2],ax ! 将扩展内存数值存在0x90002 处（1 个字）。

具体实现还得参考一下setup.s在此处的上下文，由于这并非该文重点就讲到说到这里，其实大家在这只需要知道，EXT_MEM_K是当前物理内存的1M以后的扩展内存就可以了。

（如果你对(*(unsigned short *)0x90002) 不了解什么意思 那么请参考前一篇指针文章。）

memory_end = (1 << 20) + (EXT_MEM_K << 10); /*后面会看到内核的将占用1M的空间*/

可以知道 memory_end = 1024(K) + EXT_MEM_K(K)   /*注意单位*/

memory_end &= 0xfffff000; /*因为以后的操作都是对整的4空间当一个整体进行的*/

忽略小于等于4K大小的内存，也就是说经过这个设置，linux内存的每一页大小为4K。

也许有人搞不清楚4K怎么算得？

上面将memory_end（以二进制方式）底上的12位(0xfff)全设0，2的12次方bits恰好是4K。

if (memory_end > 16 * 1024 * 1024)       
       memory_end = 16 * 1024 * 1024;
这里设置内存大大小最终不超过16M

也许有的人会怎么想：不是说总内存可以用到4G吗？这里怎么~~~，且看下面

   if (memory_end > 12 * 1024 * 1024) /*如果内存>12Mb，则设置缓冲区末端=4Mb*/
    buffer_memory_end = 4 * 1024 * 1024;
  else if (memory_end > 6 * 1024 * 1024) /* 否则如果内存>6Mb，则设置缓冲区末端=2Mb*/
    buffer_memory_end = 2 * 1024 * 1024;
  else
    buffer_memory_end = 1 * 1024 * 1024; /* 缓冲区地址不小于1M*/

接下来根据memory_end的大小设置缓冲区大小，根据前面情况如果内存比较到那么缓冲区就搞大点，小的话就只能省点用了。

main_memory_start = buffer_memory_end;

将主内存起始地址 = 缓冲区的结束地址

#ifdef RAMDISK   /* 如果定义了虚拟盘，则主内存将减少。*/
  main_memory_start += rd_init (main_memory_start, RAMDISK * 1024);
#endif

这个时候还要看看有没有分配虚拟盘，我在最前面的代码加了一个define在这里得到发挥作用了。

前面对 rd_init这个函数做了如下定义 extern long rd_init (long mem_start, int length);
它的作用是：虚拟盘初始化，该函数在“kernel/blk_drv/ramdisk.c”中实现

/**//* 返回内存虚拟盘ramdisk 所需的内存量 */
long
rd_init ( long mem_start, int  length)
{
  int i;
  char *cp;

  blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST;    
  rd_start = (char *) mem_start;
  rd_length = length;
  cp = rd_start;
  for (i = 0; i < length; i++)
    *cp++ = '\0';/**//*ramdisk内存空间初始化全为'\0'(null)*/
  return (length);
}

对 blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST; 进行追源

可以在该目录下的 blk.h 中找到如下信息

#define NR_BLK_DEV 7  / 块设备的数量。*/

extern struct blk_dev_struct blk_dev[NR_BLK_DEV]; /* 块设备数组，每种块设备占用一项。*/

/* 块设备结构。*/
struct blk_dev_struct
{
  void (*request_fn) (void); /* 请求操作的函数指针。*/
  struct request *current_request; /* 请求信息结构。*/
};

那么这个地方的函数指针指向谁呢？
   
#define DEVICE_REQUEST do_fd_request /* 设备请求函数do_fd_request()。*/

那do_fd_request函数的实现在什么地方呢？

它在/blk_dev/Ramdisk.c中

/**//* 执行虚拟盘(ramdisk)读写操作。程序结构与do_hd_request()类似(kernel/blk_drv/hd.c,294)。*/
void
do_rd_request ( void )
{
  int len;
  char *addr;

  INIT_REQUEST;            /**//* 检测请求的合法性(参见kernel/blk_drv/blk.h,127)。*/
/**//* 下面语句取得ramdisk 的起始扇区对应的内存起始位置和内存长度。*/
/**//* 其中sector << 9 表示sector * 512，CURRENT 定义为(blk_dev[MAJOR_NR].current_request)。*/
  addr = rd_start + (CURRENT->sector << 9);
  len = CURRENT->nr_sectors << 9;
/**//* 如果子设备号不为1 或者对应内存起始位置>虚拟盘末尾，则结束该请求，并跳转到repeat 处*/
/**//* （定义在28 行的INIT_REQUEST 内开始处）。*/
  if ((MINOR (CURRENT->dev) != 1) || (addr + len > rd_start + rd_length))
    {
      end_request (0);
      goto repeat;
    }
/**//* 如果是写命令(WRITE)，则将请求项中缓冲区的内容复制到addr 处，长度为len 字节。*/
  if (CURRENT->cmd == WRITE)
    {
      (void) memcpy (addr, CURRENT->buffer, len);
/**//* 如果是读命令(READ)，则将addr 开始的内容复制到请求项中缓冲区中，长度为len 字节。*/
    }
  else if (CURRENT->cmd == READ)
    {
      (void) memcpy (CURRENT->buffer, addr, len);
/**//* 否则显示命令不存在，死机。*/
    }
  else
    panic ("unknown ramdisk-command");
/**//* 请求项成功后处理，置更新标志。并继续处理本设备的下一请求项。*/
  end_request (1);
  goto repeat;
}  

(其中sector << 9 表示sector * 512这个问题在我前前一篇文章已做了详细的讲解)

代码中的INIT_REQUEST在blk_dev/blk.h中被 定义初始化请求宏。
                                                                         

#define INIT_REQUEST \
repeat: \
if (!CURRENT) \   /**//* 如果当前请求结构指针为null 则返回。*/
return ;
if (MAJOR (CURRENT->dev) !=  MAJOR_NR)
  \    /**//* 如果当前设备的主设备号不对则死机。*/
    panic (DEVICE_NAME  ": request list destroyed");/**//*调用内核的Kernel/printk.c中的printk函数*/
if (CURRENT-> bh)
   {
    if (!CURRENT->bh->b_lock)
      \    /**//* 如果在进行请求操作时缓冲区没锁定则死机。*/
 panic (DEVICE_NAME ": block not locked");
  }

#endif

对于这个do_rd_request涉及到对块设备的操作，这里不做详细讲解。大家只要知道，这个函数对rd_init这个函数是对ramdisk进行初始化便可。

终于快完了，也许你会感觉看得很累，哎！我写得更累，

mem_init (main_memory_start, memory_end);
终于到内存初始化了，嘿嘿

假设我们现在的内存比较到，扩展内存超过16M
经过前面的操作我们大概知道内存是这样的


 ______  16M(在该版本的linux最多支持16M内存，多余的内存将被视而不见)
|  .   |     前面的问题在这里得到解释 
|  .   | 
|主内存|
|———| 4M+32K(前面我定义了32)
|虚拟盘|
|———| 4M
|高速缓|
|冲区  |
|———| 1M(其实内核大小之后640K)
|内核  |
 ———  0M

mem_init (main_memory_start, memory_end);最关键的函数出来了，
           
该函数在mm/memory.c中被实现，实现主内存初始化；

void
mem_init ( long start_mem, long  end_mem)
{
  int i;

  HIGH_MEMORY = end_mem;
  for (i = 0; i < PAGING_PAGES; i++)
    mem_map[i] = USED;
  i = MAP_NR (start_mem);
  end_mem -= start_mem;    
  end_mem >>= 12;
  while (end_mem-- > 0)
    mem_map[i++] = 0;
}

static long HIGH_MEMORY = 0; /* 全局变量，存放实际物理内存最高端地址16M。在该版本的linux最多支持16M内存，多余的内存将被视而不见*/

接下来的for循环用到如下定义：

#define PAGING_MEMORY (15*1024*1024) /*除内核占用的那1M内存，其他的内存都会被分页，中共为15MB（前面已假设内存大于16M）。即，被分页的内存最多15M（这里的15M指的是缓冲区+主内存）*/

#define PAGING_PAGES (PAGING_MEMORY>>12) /* 偏移之后恰好为分页后的物理内存页数*/

/*内存映射字节图(1 字节代表1 页内存)，每个页面对应的字节用于标志页面当前被引用（占用）次数。*/
static unsigned char mem_map[PAGING_PAGES] = { 0, };

#define USED 100  /* 页面被占用标志*/

#define LOW_MEM 0x100000 /* 低端内核内存空间（1MB）。*/

#define MAP_NR(addr) (((addr)-LOW_MEM)>>12) /* 这里定义了一个函数，指定内存地址映射为页号 i。*/

end_mem -= start_mem;  /* 再计算可分页处理的内存空间。*/

end_mem >>= 12;  /* 从而计算出可用于分页处理的页面数。*/

  while (end_mem-- > 0)  /* 最后将这些可用页面对应的页面映射数组清零。*/
    mem_map[i++] = 0;

到这里内存初始化真正完成，让我们回顾一个整个过程吧！

设置缓冲区地址（不小与1M）==> 如果定义了ramdisk那么设置它，并将该部分内存的值全搞成'\0' ==>将主内存设置在它后面，然后对除内核（也许缓冲区在此内存区域中）占用的那空间进行分页(每页4K)，再对内存内存映射字节图进行初始化。

也许你现在在想，我该找出去散下心，我快疯了！！！ 呵呵 慢慢来


地震让大伙知道：居安思危，才是生存之道。