書接上回，上回書咱們說到，time_init 方法通過與 CMOS 端口進(jìn)行讀寫交互，獲取到了年月日時(shí)分秒等數(shù)據(jù)，并通過這些計(jì)算出了開機(jī)時(shí)間 startup_time 變量，是從 1970 年 1 月 1 日 0 時(shí)起到開機(jī)當(dāng)時(shí)經(jīng)過的秒數(shù)。

我們繼續(xù)往下看，大名鼎鼎的進(jìn)程調(diào)度初始化，shed_init。

void main(void) { 
    ... 
    mem_init(main_memory_start,memory_end); 
    trap_init(); 
    blk_dev_init(); 
    chr_dev_init(); 
    tty_init(); 
    time_init(); 
    sched_init(); 
    buffer_init(buffer_memory_end); 
    hd_init(); 
    floppy_init(); 
     
    sti(); 
    move_to_user_mode(); 
    if (!fork()) {init();} 
    for(;;) pause(); 
} 

這方法可了不起，因?yàn)樗褪嵌噙M(jìn)程的基石!

終于來到了興奮的時(shí)刻，是不是很激動(dòng)?不過先別激動(dòng)，這里只是進(jìn)程調(diào)度的初始化，也就是為進(jìn)程調(diào)度所需要用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做個(gè)準(zhǔn)備，真正的進(jìn)程調(diào)度還需要調(diào)度算法、時(shí)鐘中斷等機(jī)制的配合。

當(dāng)然，對于理解操作系統(tǒng)，流程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最為重要了，而這一段作為整個(gè)流程的起點(diǎn)，以及建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地方，就顯得格外重要了。

我們進(jìn)入這個(gè)方法，一點(diǎn)點(diǎn)往后看。

void sched_init(void) { 
    set_tss_desc(gdt+4, &(init_task.task.tss)); 
    set_ldt_desc(gdt+5, &(init_task.task.ldt)); 
    ... 
} 

兩行代碼初始化了下 TSS 和 LDT。

先別急問這倆結(jié)構(gòu)是啥。還記得之前講的全局描述符表 gdt 么?它在內(nèi)存的這個(gè)位置，并且被設(shè)置成了這個(gè)樣子。

忘了的看一下第八回 | 煩死了又要重新設(shè)置一遍 idt 和 gdt，這就說明之前看似沒用的細(xì)節(jié)有多重要了，大家一定要有耐心。

說回這兩行代碼，其實(shí)就是往后又加了兩項(xiàng)，分別是 TSS 和 LDT。

好，那再說說這倆結(jié)構(gòu)是干嘛的，不過本篇先簡單理解，后面會(huì)詳細(xì)講到。

TSS 叫任務(wù)狀態(tài)段，就是保存和恢復(fù)進(jìn)程的上下文的，所謂上下文，其實(shí)就是各個(gè)寄存器的信息而已，這樣進(jìn)程切換的時(shí)候，才能做到保存和恢復(fù)上下文，繼續(xù)執(zhí)行。

由它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)你應(yīng)該可以看出點(diǎn)意思。

struct tss_struct{ 
    long back_link; 
    long esp0; 
    long ss0; 
    long esp1; 
    long ss1; 
    long esp2; 
    long ss2; 
    long cr3; 
    long eip; 
    long eflags; 
    long eax, ecx, edx, ebx; 
    long esp; 
    long ebp; 
    long esi; 
    long edi; 
    long es; 
    long cs; 
    long ss; 
    long ds; 
    long fs; 
    long gs; 
    long ldt; 
    long trace_bitmap; 
    struct i387_struct i387; 
}; 

而 LDT 叫局部描述符表，是與 GDT 全局描述符表相對應(yīng)的，內(nèi)核態(tài)的代碼用 GDT 里的數(shù)據(jù)段和代碼段，而用戶進(jìn)程的代碼用每個(gè)用戶進(jìn)程自己的 LDT 里得數(shù)據(jù)段和代碼段。

先不管它，我這里放一張超綱的圖，你先找找感覺。

我們接著往下看。

struct desc_struct { 
    unsigned long a,b; 
} 
 
struct task_struct * task[64] = {&(init_task.task), }; 
 
void sched_init(void) { 
    ... 
    int i; 
    struct desc_struct * p; 
        p = gdt+6; 
    for(i=1;i<64;i++) { 
        task[i] = NULL; 
        p->a=p->b=0; 
        p++; 
        p->a=p->b=0; 
        p++; 
    } 
    ... 
} 

這段代碼有個(gè)循環(huán)，干了兩件事。

一個(gè)是給一個(gè)長度為 64，結(jié)構(gòu)為 task_struct 的數(shù)組 task 附上初始值。

這個(gè) task_struct 結(jié)構(gòu)就是代表每一個(gè)進(jìn)程的信息，這可是個(gè)相當(dāng)相當(dāng)重要的結(jié)構(gòu)了，把它放在心里。

struct task_struct { 
/* these are hardcoded - don't touch */ 
    long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ 
    long counter; 
    long priority; 
    long signal; 
    struct sigaction sigaction[32]; 
    long blocked; /* bitmap of masked signals */ 
  /* various fields */ 
    int exit_code; 
    unsigned long start_code,end_code,end_data,brk,start_stack; 
    long pid,father,pgrp,session,leader; 
    unsigned short uid,euid,suid; 
    unsigned short gid,egid,sgid; 
    long alarm; 
    long utime,stime,cutime,cstime,start_time; 
    unsigned short used_math; 
  /* file system info */ 
    int tty;  /* -1 if no tty, so it must be signed */ 
    unsigned short umask; 
    struct m_inode * pwd; 
    struct m_inode * root; 
    struct m_inode * executable; 
    unsigned long close_on_exec; 
    struct file * filp[NR_OPEN]; 
  /* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */ 
    struct desc_struct ldt[3]; 
  /* tss for this task */ 
    struct tss_struct tss; 
}; 

這個(gè)循環(huán)做的另一件事，是給 gdt 剩下的位置填充上 0，也就是把剩下留給 TSS 和 LDT 的描述符都先附上空值。

往后展望一下的話，就是以后每創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，就會(huì)在后面添加一組 TSS 和 LDT 表示這個(gè)進(jìn)程的任務(wù)狀態(tài)段以及局部描述符表信息。

還記得剛剛的超綱圖吧，未來整個(gè)內(nèi)存的規(guī)劃就是這樣的，不過你先不用理解得很細(xì)。

那為什么一開始就先有了一組 TSS 和 LDT 呢?現(xiàn)在也沒創(chuàng)建進(jìn)程呀。錯(cuò)了，現(xiàn)在雖然我們還沒有建立起進(jìn)程調(diào)度的機(jī)制，但我們正在運(yùn)行的代碼就是會(huì)作為未來的一個(gè)進(jìn)程的指令流。

也就是當(dāng)未來進(jìn)程調(diào)度機(jī)制一建立起來，正在執(zhí)行的代碼就會(huì)化身成為進(jìn)程 0 的代碼。所以我們需要提前把這些未來會(huì)作為進(jìn)程 0 的信息寫好。

如果你覺得很疑惑，別急，等后面整個(gè)進(jìn)程調(diào)度機(jī)制建立起來，并且讓你親眼看到進(jìn)程 0 以及進(jìn)程 1 的創(chuàng)建，以及它們后面因?yàn)檫M(jìn)程調(diào)度機(jī)制而切換，你就明白這一切的意義了。

好，收回來，初始化了一組 TSS 和 LDT 后，再往下看兩行。

#define ltr(n) __asm__("ltr %%ax"::"a" (_TSS(n))) 
#define lldt(n) __asm__("lldt %%ax"::"a" (_LDT(n))) 
 
void sched_init(void) { 
    ... 
    ltr(0); 
    lldt(0); 
    ... 
} 

這又涉及到之前的知識(shí)咯。

還記得 lidt 和 lgdt 指令么?一個(gè)是給 idtr 寄存器賦值，以告訴 CPU 中斷描述符表 idt 在內(nèi)存的位置;一個(gè)是給 gdtr 寄存器賦值，以告訴 CPU 全局描述符表 gdt 在內(nèi)存的位置。

那這兩行和剛剛的類似，ltr 是給 tr 寄存器賦值，以告訴 CPU 任務(wù)狀態(tài)段 TSS 在內(nèi)存的位置;lldt 一個(gè)是給 ldt 寄存器賦值，以告訴 CPU 局部描述符 LDT 在內(nèi)存的位置。

這樣，CPU 之后就能通過 tr 寄存器找到當(dāng)前進(jìn)程的任務(wù)狀態(tài)段信息，也就是上下文信息，以及通過 ldt 寄存器找到當(dāng)前進(jìn)程在用的局部描述符表信息。

我們繼續(xù)看。

void sched_init(void) { 
    ... 
    outb_p(0x36,0x43);      /* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */ 
    outb_p(LATCH & 0xff , 0x40);    /* LSB */ 
    outb(LATCH >> 8 , 0x40);    /* MSB */ 
    set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt); 
    outb(inb_p(0x21)&~0x01,0x21); 
    set_system_gate(0x80,&system_call); 
    ... 
} 

四行端口讀寫代碼，兩行設(shè)置中斷代碼。

端口讀寫我們已經(jīng)很熟悉了，就是 CPU 與外設(shè)交互的一種方式，之前講硬盤讀寫以及 CMOS 讀寫時(shí)，已經(jīng)接觸過了。

而這次交互的外設(shè)是一個(gè)可編程定時(shí)器的芯片，這四行代碼就開啟了這個(gè)定時(shí)器，之后這個(gè)定時(shí)器變會(huì)持續(xù)的、以一定頻率的向 CPU 發(fā)出中斷信號(hào)。

而這段代碼中設(shè)置的兩個(gè)中斷，第一個(gè)就是時(shí)鐘中斷，中斷號(hào)為 0x20，中斷處理程序?yàn)?timer_interrupt。那么每次定時(shí)器向 CPU 發(fā)出中斷后，便會(huì)執(zhí)行這個(gè)函數(shù)。

這個(gè)定時(shí)器的觸發(fā)，以及時(shí)鐘中斷函數(shù)的設(shè)置，是操作系統(tǒng)主導(dǎo)進(jìn)程調(diào)度的一個(gè)關(guān)鍵!沒有他們這樣的外部信號(hào)不斷觸發(fā)中斷，操作系統(tǒng)就沒有辦法作為進(jìn)程管理的主人，通過強(qiáng)制的手段收回進(jìn)程的 CPU 執(zhí)行權(quán)限。

第二個(gè)設(shè)置的中斷叫系統(tǒng)調(diào)用 system_call，中斷號(hào)是 0x80，這個(gè)中斷又是個(gè)非常非常非常非常非常非常非常重要的中斷，所有用戶態(tài)程序想要調(diào)用內(nèi)核提供的方法，都需要基于這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來進(jìn)行。

比如 Java 程序員寫一個(gè) read，底層會(huì)執(zhí)行匯編指令 int 0x80，這就會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)中斷，最終調(diào)用到 Linux 里的 sys_read 方法。

這個(gè)過程之后會(huì)重點(diǎn)講述，現(xiàn)在只需要知道，在這個(gè)地方，偷偷把這個(gè)極為重要的中斷，設(shè)置好了。

所以你看這一章的內(nèi)容，偷偷設(shè)置了影響進(jìn)程和影響用戶程序調(diào)用系統(tǒng)方法的兩個(gè)重量級中斷處理函數(shù)，不簡單呀~

到目前為止，中斷已經(jīng)設(shè)置了不少了，我們現(xiàn)在看看所設(shè)置好的中斷有哪些。

其中 0-0x10 這 17 個(gè)中斷是 trap_init 里初始化設(shè)置的，是一些基本的中斷，比如除零異常等。這個(gè)在 第14回 中斷初始化 trap_init 有講到。

之后，在控制臺(tái)初始化 con_init 里，我們又設(shè)置了 0x21 鍵盤中斷，這樣按下鍵盤就有反應(yīng)了。這個(gè)在 第16回 控制臺(tái)初始化 tty_init 有講到。

現(xiàn)在，我們又設(shè)置了 0x20 時(shí)鐘中斷，并且開啟定時(shí)器。最后又偷偷設(shè)置了一個(gè)極為重要的 0x80 系統(tǒng)調(diào)用中斷。

找到些感覺沒，有沒有越來越發(fā)現(xiàn)，操作系統(tǒng)有點(diǎn)靠中斷驅(qū)動(dòng)的意思，各個(gè)模塊不斷初始化各種中斷處理函數(shù)，并且開啟指定的外設(shè)開關(guān)，讓操作系統(tǒng)自己慢慢“活”了起來，逐漸通過中斷忙碌于各種事情中，無法自拔。

恭喜你，我們已經(jīng)逐漸在接近操作系統(tǒng)的本質(zhì)了。

回顧一下我們今天干了什么，就三件事。

第一，我們往全局描述符表寫了兩個(gè)結(jié)構(gòu)，TSS 和 LDT，作為未來進(jìn)程 0 的任務(wù)狀態(tài)段和局部描述符表信息。

第二，我們初始化了一個(gè)結(jié)構(gòu)為 task_struct 的數(shù)組，未來這里會(huì)存放所有進(jìn)程的信息，并且我們給數(shù)組的第一個(gè)位置附上了 init_task.init 這個(gè)具體值，也是作為未來進(jìn)程 0 的信息。

第三，設(shè)置了時(shí)鐘中斷 0x20 和系統(tǒng)調(diào)用 0x80，一個(gè)作為進(jìn)程調(diào)度的起點(diǎn)，一個(gè)作為用戶程序調(diào)用操作系統(tǒng)功能的橋梁，非常之重要。

后面，我們將會(huì)逐漸看到，這些重要的事情，是如何緊密且精妙地結(jié)合在一起，發(fā)揮出奇妙的作用。

欲知后事如何，且聽下回分解。

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