GeekOS源代码学习(3)Main函数中Init_BSS() 与Init_Screen()
Main函数的第一个函数Init_BSS()
位于./src/geekos/mem.c中
/*
* Initialize the .bss section of the kernel executable image.
*/
void Init_BSS(void)
{
extern char BSS_START, BSS_END;
/* Fill .bss with zeroes */
memset(&BSS_START, '\0', &BSS_END - &BSS_START);
}
可以看到Init_BSS函数清空了从BSS_START到BSS_END的内存。
先来看memset的实现
位于./src/common/string.c中
void* memset(void* s, int c, size_t n)
{
unsigned char* p = (unsigned char*) s;
while (n > 0) {
*p++ = (unsigned char) c;
--n;
}
return s;
}
和C语言的memset功能一样，实现也很简单。
再来看一下外部声明BSS_START,BSS_END
位于/include/geekos/defs.h
/* * The windows versions of gcc use slightly different * names for the bss begin and end symbols than the Linux version. */ #if defined(GNU_WIN32) # define BSS_START _bss_start__ # define BSS_END _bss_end__ #else # define BSS_START __bss_start # define BSS_END end #endif
在project0下使用命令
$find ./ | xargs grep GNU_WIN32
可以看到，GNU_WIN32标志在./build/Makefile中定义，
用于区别windows下的cygwin编译环境和linux下的gcc，两者生成的elf文件的符号有细微的差别。
明显在Linux中定义的是后者。
再次搜索
$find ./ | xargs grep __bss_start
可以看到__bss_start符号出现在内核符号表kernel.syms中
我把这一段贴出来
0001a5dc A __bss_start 00018b58 r __func__.1314 000185fb r __func__.1319 00018fcd r __func__.1319 00019289 r __func__.1319 00018ad2 r __func__.1331 000188f1 r __func__.1333 0001860c r __func__.1335 00018fde r __func__.1335 0001929a r __func__.1335 00018afc r __func__.1347 00018902 r __func__.1349 00018c00 r __func__.1369 00018c11 r __func__.1385 00018438 r __func__.1386 00018573 r __func__.1393 00018fb1 r __func__.1395 00018fed r __func__.1412 0001861b r __func__.1426 00018cbc r __func__.1430 0001841e r __func__.1433 00018c43 r __func__.1444 000185ef r __func__.1448 00018cd4 r __func__.1469 00018fab r __func__.1469 00018be8 r __func__.1481 00018c9f r __func__.1485 00018ae3 r __func__.1495 00018fa5 r __func__.1499 00018bdf r __func__.1508 00018fa0 r __func__.1523 000188df r __func__.1532 000188d5 r __func__.1557 000188c8 r __func__.1609 00018f9a r __func__.1618 00018b1f r __func__.1635 00018b16 r __func__.1676 000186b8 r __func__.1684 00019312 r __func__.1689 000186d9 r __func__.1700 00018b0b r __func__.1716 00018ac8 r __func__.1743 0001907c r __func__.1743 000192ec r __func__.1747 0001906d r __func__.1774 000186c9 r __func__.1785 00018964 r __func__.1785 0001905c r __func__.1797 000193a4 r __func__.1829 00019094 r __func__.1838 00019087 r __func__.1850 00019052 r __func__.1867 000193e7 r __func__.1887 00019046 r __func__.1901 00019037 r __func__.1927 000193d8 r __func__.2035 00019341 r __func__.2054 00019333 r __func__.2065 000193c3 r __func__.2085 000193d1 r __func__.2115 000192b4 r __func__.2165 00019352 r __func__.2181 00019394 r __func__.2235 0001937f r __func__.2246 0001936d r __func__.2269 00019364 r __func__.2282 0001935e r __func__.2300 0001934d r __func__.2319 0001932e r __func__.2341 0001930d r __func__.2399 00019305 r __func__.2412 000192e0 r __func__.2428 000192d2 r __func__.2443 000192c7 r __func__.2463 000192a9 r __func__.2476 00019274 r __func__.2492 0001a5dc A _edata 0001bbf8 A _end 000180b5 T atoi 00013907 T bget 00013b58 T bgetr 00013bf6 T bgetz 00013410 T bpool 00013558 T brel 00012b2f T crc32 0001b080 b crc_table 0001bbf8 A end
bss段是用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。
在这里，可以看到bss段中存储着一些系统库函数的地址。
具体bss段详细内容，下次再补充。
Init_BSS函数到此结束。
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再来看主函数中的下一个函数Init_Screen()的实现
位于./src/geekos/screen.c中
/*
* Initialize the screen module.
*/
void Init_Screen(void)
{
bool iflag = Begin_Int_Atomic();
s_cons.row = s_cons.col = 0;
s_cons.currentAttr = DEFAULT_ATTRIBUTE;//设置终端界面的当前属性，默认为黑底灰字
Clear_Screen();
End_Int_Atomic(iflag);
}
Init_Screen()中使用了Begin_Int_Atomic()和End_Int_Atomic()
来保护临界区代码的执行，仔细来看一下这两个函数的实现。
位于./include/geekos/int.h
/**
* Start interrupt-atomic region.
* @return true if interrupts were enabled at beginning of call,
* false otherwise.
*/
static __inline__ bool Begin_Int_Atomic(void)
{
bool enabled = Interrupts_Enabled();
if (enabled)
Disable_Interrupts();
return enabled;
}
__inline__标志表示内联，意思就是直接把内联函数的代码嵌入到调用它的函数里面去，就像宏定义一样，直接使用，省下了进入子函数，CPU保护上下文还原上下文的开销。
再来看Begin_Int_Enable()下的Interrupts_Enabled()函数
位于/src/geekos/int.c中
/*
* Query whether or not interrupts are currently enabled.
*/
bool Interrupts_Enabled(void)
{
ulong_t eflags = Get_Current_EFLAGS();
return (eflags & EFLAGS_IF) != 0;
}
接着看Interrupts_Enabled()中的Get_Current_EFLAGS()
位于/src/geekos/lowlevel.asm
; Return current contents of eflags register. align 16 Get_Current_EFLAGS: pushfd ; push eflags pop eax ; pop contents into eax ret
EFLAGS_IF定义在./include/geekos/int.h
/* * The interrupt flag bit in the eflags register. * FIXME: should be in something like "cpu.h". */ #define EFLAGS_IF (1 << 9)
基本上看懂了，Get_Current_EFLAGS()函数返回eflags寄存器的值，eflags的第9位是IF中断许可控制位，1开启可屏蔽中断响应，0关闭可屏蔽中断响应。
Interrupts_Enabled()函数返回1说明中断开启，0说明中断未开启。
再回到内联函数Begin_Int_Atomic中，它完成：若中断状态为开启，则执行Disable_Interrupts()关闭中断响应，返回1，否则返回0。
Disable_Interrupts()函数位于./include/geekos/int.h中
#define Disable_Interrupts() \
do { \
KASSERT(Interrupts_Enabled()); \
__Disable_Interrupts(); \
} while (0)
这里有个宏KASSERT()，它证实表达式为真，否则死机，来看一下它的实现。
位于./include/geekos/kassert.h
define KASSERT(cond) \
do { \
if (!(cond)) { \
Set_Current_Attr(ATTRIB(RED, GRAY|BRIGHT)); \
Print("Failed assertion in %s: %s at %s, line %d, RA=%lx, thread=%p\n",\
__func__, #cond, __FILE__, __LINE__, \
(ulong_t) __builtin_return_address(0), \
g_currentThread); \
while (1) \
; \
} \
} while (0)
确保中断必须开着之后，使用__Disable_Interrupts()关闭中断.
__Disable_Interrupts()为内联函数，并嵌入汇编代码cli进行关闭中断。
位于./include/geekos/int.h
/*
* Block interrupts.
*/
static __inline__ void __Disable_Interrupts(void)
{
__asm__ __volatile__ ("cli");
}
这么多终于把Begin_Int_Atomic()函数完整的讲完了。
其实它就是完成：如果之前中断是开着的，则关中断，关中断之前判断中断确实是开着的；如果中断是关的，不做操作。
再来看临界区结束的End_Int_Atomic()开中断函数
位于./include/geekos/int.h中
/**
* End interrupt-atomic region.
* @param iflag the value returned from the original Begin_Int_Atomic() call.
*/
static __inline__ void End_Int_Atomic(bool iflag)
{
KASSERT(!Interrupts_Enabled());
if (iflag) {
/* Interrupts were originally enabled, so turn them back on */
Enable_Interrupts();
}
}
函数Enable_Interrupts()用于开中断,它再次确认了中断是关闭的
位于./include/geekos/int.h
/*
* Unblock interrupts.
*/
static __inline__ void __Enable_Interrupts(void)
{
__asm__ __volatile__ ("sti");
}
#define Enable_Interrupts() \
do { \
KASSERT(!Interrupts_Enabled()); \
__Enable_Interrupts(); \
} while (0)
看到这里基本上理解了临界区确保原子执行的原理了：
iflag是进入代码前的一个中断的状态标志，0标志中断关闭，1标志中断开启。
如果在进入临界区之前中断是关闭的(iflag==0)，那么Begin_Int_Atomic()不做任何事情，它只是返回了中断标志iflag。
End_Int_Atomic()则会再次确认在临界区中的代码运行时，中断确实是关闭的，然后返回(如果你在临界区中开启了中断，系统死机)。
如果在进入临界区之前中断是开启的(iflag==1),那么Begin_Int_Atomic()会关闭中断，返回iflag。
临界区代码结束之后，End_Int_Atomic()会再次确认中断确实是关闭的，然后开启中断，还原进入互斥区之前的中断状态。
注意
1. Begin_Int_Atomic()和End_Int_Atomic()，它们本身属于内联函数，内部代码的调用的方法要么也是内联函数，要么就是宏，总之最后编译出的是一个整体，不会调用外部的代码。
2. 在临界区也可以调用Begin_Int_Atomic()和End_Int_Atomic()，只要他们成对出现就可以。
3. KASSERT()中调用了子函数Set_Current_Attr(),不过在子函数中同样使用了成对的Begin_Int_Atomic()和End_Int_Atomic()。
至此main.c中的第二个函数Init_Screen()分析完毕。
下一篇来分析下一个函数Init_Mem()。