FreeBSD核心完全探讨与解析

来源：作者：出处：巧巧读书 2006-08-06 进入讨论组

　　1.1概述
　　FreeBSD可以在PC/AT兼容机器上运行。CPU是i386,i486,Pentium,Pentium Pro以及其兼容芯片等。
　　1.1.1（略）
　　1，理论地址: 2个13 bit 长+32 bit 长
　　2，线形地址：32 bit 长的空间
　　3，物理地址：32 bit 长的空间

　　1.1.2进程的虚拟空间
　　1，text部分
　　这部分是执行文件的的text领域，也就是机器语言部分，对于这个部分的空间在机器上的物理内存页是共有的，还有，这部分最后的变量地址是etext。
　　2，data和bss部分
　　执行文件的data部分，也就是初始化的数据段和执行文件指定的内存变量。内存变量在开始的时候以0填充。这一段空间可以读写。它的边界也是以edata和end的地址做结尾。进程的malloc（）等内存分配的操作的时候，地址的增加方向向bss空间进行。
　　3，stack部分
　　也就是进程执行的时候的stack空间，这部分空间（从地址的最高位开始可以伸缩），其对于物理内存，伸缩程度由核心自动执行。
　　1.2 kernel的configure
　　freebsd的kernel构成文件在/usr/src/sys的目录下面。下面的子目录做一个介绍。
　　compile 编译核心的目录。
　　conf　　configure的目录。
　　ddb　　核心调试的sounre code的目录。
　　dev　　一部分的drivers的source code的目录。
　　gnu　　浮点运算的仿真以及ex2fs文件系统的source code目录。
　　i386　　依赖于pc/at机器的目录，以下介绍它的字目录。
　　apm　　 suspend一些节电程序。
　　boot　　不是kernel本身的东西，只是一些怎么从开机到读入kernel的boot program的source code。
　　conf　　config的一些依赖data。
　　isa　　 isa bus的驱动程序类的source code。
　　eisa　　eisa bus的驱动程序类的source code。
　　include 对pc/at的一些include files
　　i386　　对pc/at的一些核心code
　　ibcs2,linux 使各类的os的执行文件在freebsd上执行的code
　　isofs/cd9660
　　cd-rom在unix文件系统上操作的的有关code
　　kern　　核心code
　　libkern 核心库的source code
　　miscfs　实现unix文件系统的code
　　msdosfs 在unix上操作ms-dos文件系统的有关code
　　net　　实现network功能的基本部分code
　　netatalk实现appletalk network功能code
　　netinet 实现internet network功能的code
　　netipx　实现ipx功能的code
　　netns　实现ns network的code
　　netkey　实现网络加密部分的功能的code
　　nfs　　实现nfs服务
　　pc98　　对于pc98的支持
　　pccard　对pcmcia的支持
　　pci　　对pci bus的驱动程序的source code
　　scsi　　对cd-rom，hard disk,tape 等的scsi驱动程序的source code
　　sys　　独立于机器体系结构的一部分code
　　ufs　　 unix file system 的支持code
　　vm　　　虚拟内存管理的部分
　　1.2.1配置的操作----config command
　　在root权限下，config，make实行后，可以得到简单的kernel。
　　*configure file
　　移动到/usr/src/sys/i386/config看看。
　　GENERIC 从cd-rom等安装freebsd的时候对应于defaule kernel的配置fileLINT　　kernel组合功能的网罗的的配置file
　　下面4个是对配置很有必要的的依赖data fileMakefile.386　　config生成的Makefile file的template.
　　devices.i386　　对于unix filesystem可能的block型的device名字和major号的对照表
　　files.i386　　　记录kernel功能组合的基础上，依赖于pc/at机器的功能名称和各种功能实现的source codefile的名字表。
　　options.i386　　记录配置项目的表。
　　还有，majors.i386是记录对应驱动器的I/O表和major号的一个文件。
　　于核心配置没关系。
　　对于新的i/o设备，如果要做device driver,对pc/at,要在files.i386(没有的话在/usr/src/sys/conf/files)追加相应的行，不然就不能把它加入到核心里面。
　　追加的格式为
　　相对path名　　　optional　　　　device-name device-driver
　　
　　对于配置文件，首先，要设置cpu，bus，i/o设备,多少用户等。例如对于GENERIC
　　machine "i386"
　　cpu　　 "I386_CPU"
　　cpu　　 "I486_CPU"
　　cpu　　 "I586_CPU"
　　cpu　　 "I686_COU"
　　ident　 GENERIC
　　maxusers 10
　　当作为server时候，应该把最大user设置大一点，以提高系统性能。
　　下一步，指定options，对于GENERIC
　　options MATH_EMULATE　　#support for x87 emulation
　　options INET　　　　　　#interNETworing
　　options FFS　　　　　　 #Berkeley Fast Filesystem
　　options NFS　　　　　　 #Network Filesystem
　　......
　　options指定的名字xxx等，如果在/usr/src/sys/conf/options或者在/usr/src/sys/i386/conf/options.i386中记载的时候，应在对应的opt_XXX.h中写入。没有的话，作为cc命令行的参数定义"-D"在Makefile里面追加。对于XXX的格式应该是相对path名　　　optional xxx下一步，对于config
　　config　kernel　root　　on wd0
　　(略)
　　配置文件剩下的部分应该是bus,i/o等一些硬件配置，一般有controller,device,disk,tape四类。例如
　　controller　　　isa0
　　controller　　　eisa0
　　controller　　　pci0
　　等。
　　第二层的device和controller，记录了一些bus设备的连接。ISA的情况是
　　device　　　　　device_name　　 at isa? 参数
　　controller　　　controller_name at isa? 参数
　　EISA和PCI就相对简单一点：
　　device　　　　　device_name
　　controller　　　controller_name
　　device_name里指定的设备名是，串口，并口，网络等装置。
　　第三层的disk和tape为
　　disk　　disk_name at 控制设备名　drive 号
　　tape　　tape_name at 控制设备名　drive 号
　　SCSI接口卡作为第二层的控制装置记录的同时
　　controller　　　scbus0
　　作为通用的scsi控制设备。因此，对于它的hard disk,tape,cd-rom,mo设备，有
　　device　sd0
　　device　st0
　　device　cd0
　　device　od0
　　等，它可以自动识别和分配号码。
　　对于其他的scsi设备，有
　　device　pt0　　 at scbus?
　　这些东西(bus,scsi,i/o)，在生成的ioconf.c以及相应的include中有反映。
　　configure的最后，不是一些物理设备，而是kernel内部的一些软设置
　　pseudo-device　理论设备名
　　首先，要考虑以下两个设备：
　　pseudo-device　 pty　　 16　　　#ttys - can go as high as 256
　　pseudo-device　 log　　　　　　 #syslog interface (/dev/klog)
　　network使用的场合，应该有下面两个
　　pseudo-device　 loop
　　pseudo-device　 ether
　　这种情况下，最好有
　　pseudo-device　 bpfilter 4　　　#berkeley packet filter
　　pseudo-device　 tun　　　1　　　#Tunnel driver ( PPP)
　　想做floppy的时候，要
　　pseudo-device　 vn　　　#Vnode driver ( turns a file into a device)
　　
　　FreeBSD核心探讨
　　1.3　FreeBSD boot之前的工作
　　1.3.1pc/at机器的boot顺序
　　hard disk的最前面的一个block(512byte),叫做master boot recorder(MBR).这　里有启动限定的program和分区的信息。分区信息是指对于一个区是16byte长，最多　只能有4个区。16byte的内容是，分区哪里开始，哪里结束。哪种os，能否启动等。对　于freebsd，安装的时候向MBR写入了boot easy.
　　磁盘的结构如下图表示：
　　block Number
　　#0　　#1　　　#2　　　...　　 #14　　 #15　　 #16　　 #17
　　-------------------------------------------------------------
　　disk　　　　　　　　　　　　　　no used
　　label
　　-------------------------------------------------------------
　　<-boot->|<---------boot2-------------->|　　　 |<--unix file system--
　　
　　FreeBSD用的block#0--#14的15个block里面，含有读入freebsd的程序，bootease只在block#0里面，在15个block中并没有。它的作用
　　。读入mbr，找freebsd的分区
　　。读入最初的15个block，到物理内存中0x0001000
　　。跳转到相当于block#2的内存位置
　　然后，屏幕表示为：
　　。。。
　　。。。
　　boot：
　　(参数说明略)
　　它的source是/usr/src/sys/i386/boot/biosboot,make之后，生成两个文件：
　　boot1,boot2分别写入block#1，block#2--#14中。一般，一个物理的unix分区理论上可以有8个，比如swap，unix system等。
　　boot2部分是boot program，它读入kernel的文件名和option。然后
　　。找boot label指定的分区。
　　。构造unix filesystem，找指定的kernel
　　。从开始执行文件，text,data的顺序向物理内存读入。对bss清零。
　　。以option的选择，向开始位置跳转。
　　1.3.2　kernel的初始化动作
　　boot program执行之后，转向kernel的text段开始进行初始化，即先执行locore.s的text段。因此是虚拟内存还没有发生作用，locore.s的开始部分必须对offset进行补正。locore.s的作用是
　　。保存从boot program过来的option
　　。设定虚拟的stacker
　　。检测cpu的module
　　。对自己的bss空间进行0初始化
　　。为使虚拟内存工作，要保证最少的管理信息。然后是虚拟空间动作。也就是，调用cpu有强的依赖关保留地址 http://www.qqread.com/linux/2006/08/s690193061.html