Linux 0.11-拿到硬盘信息-31

Posted 2022-12-10 热爱编程的大忽悠

Linux 0.11-拿到硬盘信息-31

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拿到硬盘信息

上一个大部分的名字叫一个新进程的诞生，讲述了进程 0 调用了 fork 函数创建了一个新的进程 —— 进程 1，并且使其达到了可以被调度的状态，fork 就算正式完成了自己的使命。

void main(void) 
    ...
    move_to_user_mode();
    if (!fork()) 
        init();
    
    for(;;) pause();

由于 fork 函数一调用，就又多出了一个进程，子进程（进程 1）会返回 0，父进程（进程 0）返回子进程的 ID，所以 init 函数只有进程 1 才会执行。

第三部分结束后，就到了现在的第四部分，shell 程序的到来。而整个第四部分的故事，就是这个 init 函数做的事情。

虽然就一行代码，但这里的事情可多了去了，我们先看一下整体结构。我已经把单纯的日志打印和错误校验逻辑去掉了。

void init(void) 
    int pid,i;
    setup((void *) &drive_info);
    (void) open("/dev/tty0",O_RDWR,0);
    (void) dup(0);
    (void) dup(0);
    if (!(pid=fork())) 
        open("/etc/rc",O_RDONLY,0);
        execve("/bin/sh",argv_rc,envp_rc);
    
    if (pid>0)
        while (pid != wait(&i))
            /* nothing */;
    while (1) 
        if (!pid=fork()) 
            close(0);close(1);close(2);
            setsid();
            (void) open("/dev/tty0",O_RDWR,0);
            (void) dup(0);
            (void) dup(0);
            _exit(execve("/bin/sh",argv,envp));
        
        while (1)
            if (pid == wait(&i))
                break;
        sync();
    
    _exit(0);   /* NOTE! _exit, not exit() */

是不是看着还挺复杂？

不过别急，今天我们就只讲第一行代码 setup 的一部分，硬盘信息的获取。

struct drive_info  char dummy[32];  drive_info;

// drive_info = (*(struct drive_info *)0x90080);

void init(void) 
    setup((void *) &drive_info);
    ...

先看入参。

drive_info 是来自内存 0x90080 的数据，这部分是由之前 第5回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存 讲的 setup.s 程序将硬盘 1 的参数信息放在这里了，包括柱面数、磁头数、扇区数等信息。

setup 是个系统调用，会通过中断最终调用到 sys_setup 函数。关于系统调用的原理，在 第25回 | 通过 fork 看一次系统调用 中已经讲得很清楚了，此处不再赘述。

所以直接看 sys_setup 函数，我仍然是对代码做了少许的简化，去掉了日志打印和错误判断分支，并且仅当作只有一块硬盘，去掉了一层 for 循环。

int sys_setup(void * Bios) 

    hd_info[0].cyl = *(unsigned short *) BIOS;
    hd_info[0].head = *(unsigned char *) (2+BIOS);
    hd_info[0].wpcom = *(unsigned short *) (5+BIOS);
    hd_info[0].ctl = *(unsigned char *) (8+BIOS);
    hd_info[0].lzone = *(unsigned short *) (12+BIOS);
    hd_info[0].sect = *(unsigned char *) (14+BIOS);
    BIOS += 16;

    hd[0].start_sect = 0;
    hd[0].nr_sects = 
        hd_info[0].head * hd_info[0].sect * hd_info[0].cyl;
    
    struct buffer_head *bh = bread(0x300, 0);
    struct partition *p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;
    for (int i=1;i<5;i++,p++) 
        hd[i].start_sect = p->start_sect;
        hd[i].nr_sects = p->nr_sects;
    
    brelse(bh);
    
    rd_load();
    mount_root();
    return (0);

好，我们一点点看。

先看第一部分，硬盘基本信息的赋值的操作。

int sys_setup(void * BIOS) 
    hd_info[0].cyl = *(unsigned short *) BIOS;
    hd_info[0].head = *(unsigned char *) (2+BIOS);
    hd_info[0].wpcom = *(unsigned short *) (5+BIOS);
    hd_info[0].ctl = *(unsigned char *) (8+BIOS);
    hd_info[0].lzone = *(unsigned short *) (12+BIOS);
    hd_info[0].sect = *(unsigned char *) (14+BIOS);
    BIOS += 16;
    ...

刚刚说了，入参 BIOS 是来自内存 0x90080 的数据，这部分是由之前 第5回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存 讲的 setup.s 程序将硬盘 1 的参数信息放在这里了，包括柱面数、磁头数、扇区数等信息。

所以，一开始先往 hd_info 数组的 0 索引处存上这些信息。我们假设就只有一块硬盘，所以这个数组也只有一个元素。

这个数组里的结构就是 hd_i_struct，就表示硬盘的参数。

struct hd_i_struct 
    // 磁头数、每磁道扇区数、柱面数、写前预补偿柱面号、磁头着陆区柱面号、控制字节
    int head,sect,cyl,wpcom,lzone,ctl;
;
struct hd_i_struct hd_info[] = ；

最终效果就是这样。

OK，我们继续。

看第二部分，硬盘分区表的设置。

static struct hd_struct 
    long start_sect;
    long nr_sects;
 hd[5] = 

int sys_setup(void * BIOS) 
    ...
    hd[0].start_sect = 0;
    hd[0].nr_sects = 
        hd_info[0].head * hd_info[0].sect * hd_info[0].cyl;
    struct buffer_head *bh = bread(0x300, 0);
    struct partition *p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;
    for (int i=1;i<5;i++,p++) 
        hd[i].start_sect = p->start_sect;
        hd[i].nr_sects = p->nr_sects;
    
    brelse(bh);
    ...

只看最终效果，就是给 hd 数组的五项附上了值。

这表示硬盘的分区信息，每个分区用 start_sect 和 nr_sects，也就是开始扇区和总扇区数来记录。

这些信息是从哪里获取的呢？就是在硬盘的第一个扇区的 0x1BE 偏移处，这里存储着该硬盘的分区信息，只要把这个地方的数据拿到就 OK 了。

所以 bread 就是干这事的，从硬盘读取数据。

 struct buffer_head *bh = bread(0x300, 0);

第一个参数 0x300 是第一块硬盘的主设备号，就表示要读取的块设备是硬盘一。第二个参数 0 表示读取第一个块，一个块为 1024 字节大小，也就是连续读取硬盘开始处 0 ~ 1024 字节的数据。

拿到这部分数据后，再取 0x1BE 偏移处，就得到了分区信息。

struct partition *p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;

就这么点事。

至于如何从硬盘中读取指定位置（块）的数据，也就是 bread 函数的内部实现，那是相当复杂的，涉及到与缓冲区配合的部分，还有读写请求队列的设置，以及中断。

当然，这个函数就是经典的问题，从硬盘中读取数据的原理，但这些都不影响主流程，因为仅仅是把硬盘某位置的数据读到内存而已，先不去深入细节，细节部分将在第五部分展开说明。

OK，目前我们已经把硬盘的基本信息存入了 hd_info[]，把硬盘的分区信息存入了 hd[]，我们继续往下看。

int sys_setup(void * BIOS) 
    ...
    rd_load();
    mount_root();
    return (0);

就剩两个函数了。

其中 rd_load 是当有 ramdisk 时，也就是虚拟内存盘，才会执行。虚拟内存盘是通过软件将一部分内存（RAM）模拟为硬盘来使用的一种技术，一种小玩法而已，我们就先当做没有，否则很影响看主流程的心情。

mount_root 直译过来就是加载根，再多说几个字是加载根文件系统，有了它之后，操作系统才能从一个根开始找到所有存储在硬盘中的文件，所以它是文件系统的基石，很重要。

为了加载根文件系统，或者说所谓的加载根文件系统，就是把硬盘中的数据加载到内存里，以文件系统的数据格式来解读这些信息。

所以第一，需要硬盘本身就有文件系统的信息，硬盘不能是裸盘，这个不归操作系统管，你为了启动我的 Linux 0.11，必须拿来一块做好了文件系统的硬盘来。

第二，需要读取硬盘的数据到内存，那就必须需要知道硬盘的参数信息，这就是我们本讲所做的事情的意义。

欲知后事如何，且听下回分解。

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