探索Linux 0.11源码的世界-猿码集

探索Linux 0.11源码的世界

Linux 0.11是Linus Torvalds于1991年发布的Linux内核的早期版本。这个版本的源代码具有重要的历史意义，并且是理解现代Linux系统的基础。本文将带你深入探索Linux 0.11源码的世界，了解其中的关键部分和设计原理。

1. 引言

在进入源代码的细节之前，让我们先了解一些基本背景。Linux是一个开源的操作系统内核，开发和维护由全球的开源社区共同完成。Linux内核主要由C语言编写，使用了一些汇编语言。Linux 0.11是Linux内核的早期版本，在发布之初只包含了一些基本的功能。

2. 构建过程

了解Linux 0.11的源码之前，我们需要了解如何构建和编译这个版本的内核。在Linux 0.11的根目录下，有一个Makefile文件，该文件描述了整个构建过程。通过运行make命令，可以将源代码编译成可执行的内核文件。让我们来看一下Makefile中的一部分代码：

# 根目录Makefile中的代码片段
# 定义内核编译器
CC=gcc
# 定义编译选项和链接选项
CFLAGS=-Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer -finline-functions -nostdinc -I../include
ASFLAGS=-D__ASSEMBLY__ -traditional
# 定义链接选项
LDFLAGS=-s -x
# 定义目标文件
OBJS=blk_drv/blk_drv.a chr_drv/chr_drv.a
# 定义目标
all: Image
# 编译目标文件
blk_drv/blk_drv.a:
    (cd blk_drv; make)
chr_drv/chr_drv.a:
    (cd chr_drv; make)
# 链接目标文件生成Image文件
Image: boot/bootsect boot/setup head.o $(OBJS)
    ld $(LDFLAGS) boot/bootsect head.o boot/setup $(OBJS) -o Image
# 清理目标文件和Image文件
clean:
    rm -f Image boot/bootsect boot/setup head.o
    (cd blk_drv; make clean)
    (cd chr_drv; make clean)

在这段代码中，定义了编译选项、链接选项、依赖文件、目标文件和编译/链接规则。我们可以看到，在构建过程中，包含了多个子目录，每个子目录都有自己的Makefile用于描述其构建过程。通过递归调用make命令，可以将每个子目录的源代码编译成目标文件，最终链接生成可执行的内核文件。

3. 内核初始化过程

在Linux 0.11的源码中，有一个非常重要的文件init/main.c，该文件定义了内核的主要入口函数和初始化过程。让我们来看一下其中的一部分代码：

void main(void)
{
    ...
    cli();   // 关闭中断
    mem_init();  // 内存初始化
    trap_init();  // 中断初始化
    sched_init();  // 进程调度初始化
    buffer_init();  // 缓冲区初始化
    hd_init();  // 硬盘初始化
    floppy_init();  // 软盘初始化
    sti();  // 开启中断
    move_to_user_mode();  // 切换到用户模式
    if (!fork()) {
        init();  // 初始化用户进程
    }
}

在这段代码中，我们可以看到程序的执行流程大致如下：

关闭中断

执行一系列初始化函数，包括内存初始化、中断初始化、进程调度初始化等

开启中断

切换到用户模式

创建一个新的进程，即init进程

这段代码展示了Linux 0.11内核的初始化过程，其中涉及到了多个重要模块的初始化。在程序运行的过程中，还有许多其他模块的初始化和处理工作，这些内容超出了本文的范围。

4. 文件系统

在Linux 0.11的源码中，包含了一个简单的文件系统。文件系统的源码位于fs目录下。让我们来看一下fs目录的结构：

fs/ ├── buffer.c ├── exec.c ├── fcntl.c ├── file_dev.c ├── file_table.c ├── inode.c ├── namei.c ├── open.c ├── pipe.c

└── read_write.c

在这些文件中，定义了文件系统的基本操作，包括文件的打开、读取、写入等。其中，最重要的是inode.c文件，该文件定义了inode数据结构和相关函数。让我们来看一下inode.c中的一部分代码：

struct inode inode_table[NR_INODE];
...
struct inode *get_free_inode(void)
{
    struct inode * inode;
    for (inode = inode_table; inode < inode_table + NR_INODE; inode++)
        if (!inode->i_count)
            goto found;
    return NULL;
found:
    ...
    return inode;
}

这段代码展示了获取空闲inode的过程。在Linux 0.11的文件系统中，inode被用于表示文件和目录。在get_free_inode函数中，通过遍历inode_table数组，找到一个未被使用的inode，并返回其指针。这个过程非常关键，涉及到文件的创建、打开和删除等操作。

5. 设备驱动

Linux 0.11的源码中包含了一些简单的设备驱动程序。这些驱动程序位于drivers目录下，各个驱动程序的代码分别放在不同的子目录中，例如harddisk目录下是硬盘驱动程序的代码，keyboard目录下是键盘驱动程序的代码等。让我们来看一下keyboard目录下的keyboard.c文件：

static void kb_wait(void)
{
    u8_t kb_stat;
    do {
        kb_stat = in_byte(KB_STAT_PORT);
    } while (kb_stat & 0x02);
}
static void kb_ack(void)
{
    u8_t kb_read;
    do {
        kb_read = in_byte(KB_DATA_PORT);
    } while (kb_read != KB_ACK);
}
void init_keyboard(void)
{
    ...
    kb_wait();
    out_byte(KB_CTRL_PORT, KB_CMD_INIT);
    kb_ack();
    ...
}

这段代码展示了键盘驱动程序的初始化过程。通过调用init_keyboard函数，可以初始化键盘，并启动键盘的中断处理程序。其中，kb_wait函数用于等待键盘准备就绪，kb_ack函数用于等待键盘的应答信号，并且init_keyboard函数最终发送了初始化命令给键盘。这些操作是驱动程序与硬件设备进行交互的关键步骤，确保设备正常工作。

6. 结束语

通过对Linux 0.11源码的探索，我们可以深入理解Linux内核的基本结构和设计原理。本文介绍了Linux 0.11的构建过程、内核初始化过程、文件系统和设备驱动等重要部分。但是，由于篇幅和深度的限制，无法详细覆盖所有内容。如果你对Linux内核感兴趣，可以参考更多的资料和源码，进一步学习和探索。

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