linux0.11内核源码修仙传第十一章——硬盘初始化

🚀 前言

    本文是初始化最后一部分了，对硬盘的初始化，对应于书中的第20回。希望各位给个三连，拜托啦，这对我真的很重要！！！

🏆块设备管理

    关于块设备，可以参考之前的博客：linux0.11内核源码修仙传第七章——块设备请求项初始化。在内核中管理块设备采用了一个结构体blk_dev进行管理，每一个索引表示一个块设备，每一个块设备的详细含义如下注释所示：

struct blk_dev_struct blk_dev[NR_BLK_DEV] = {{ NULL, NULL },		/* 表示没有块设备，访问会返回错误或者提示无有效设备 */{ NULL, NULL },		/* 内存设备 */{ NULL, NULL },		/* 软盘设备 */{ NULL, NULL },		/* 硬盘设备 */{ NULL, NULL },		/* 特定的终端设备 */{ NULL, NULL },		/* 终端设备 */{ NULL, NULL }		/* 打印机设备 */
};

    从上面的定义可以看到，索引为3的位置（第四个）表示硬盘。这个数组里面每个成员的定义如下：

struct request {int dev;		/* -1 if no request */int cmd;		/* READ or WRITE */int errors;unsigned long sector;unsigned long nr_sectors;char * buffer;struct task_struct * waiting;struct buffer_head * bh;struct request * next;
};struct blk_dev_struct {void (*request_fn)(void);		// 处理函数struct request * current_request;	// 块设备的请求
};

    结合上面的blk_dev数组，可以发现一个有意思的事情：每个块设备执行读写请求都有自己的函数，在上层看来都是一个统一函数request_fn，具体实现各有不同，对于硬盘来说，这个实现就是do_hd_request函数。换句话说，只要初始化了所有块设备的request_fn函数指针是哪个处理函数，后面就可以直接调用对应块设备的request_fn，而无需关心具体我该调用哪个函数名字。这个就是多态思想在C语言的体现。也就是C++中的父类指针request_fn指向子类对象do_hd_request，或者Java中的父类引用指向子类对象。

🏆块设备初始化

    下面说完前置的一些信息，来看具体的初始化函数：

void hd_init(void)
{blk_dev[3].request_fn = do_hd_request;set_intr_gate(0x2E,&hd_interrupt);outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);outb(inb_p(0xA1)&0xbf,0xA1);
}

    首先像上一节所讲的，设置了硬盘设备的request_fn 所对应的函数。之后设置了一个中断，中断号为0x2E，中断处理函数是hd_interrupt。也就是说，当硬盘发生读写时，硬盘会发出中断信号给CPU，之后CPU陷入中断处理程序。

    这里有个区分，上面设置了一个do_hd_request，下面中断设置了一个hd_interrupt。这两个函数是不一样的，上面是发送请求的函数，下面的函数是读取中断。打个比方：一个是请假的打报告阶段，一个是实际请假后休假的阶段。

    回到初始化函数里面，最后就是往IO端口上读写，作用是允许硬盘控制器发送中断请求信号。

🏆块设备读取

    这里给个引子，如何读取硬盘上的数据。首先看硬盘的端口表：

    读硬盘就是，往除了第一个以外的后面几个端口写数据，告诉要读硬盘的哪个扇区，读多少。然后再从 0x1F0 端口一个字节一个字节的读数据。这就完成了一次硬盘读操作。更具体如下：

在 0x1F2 写入要读取的扇区数
在 0x1F3 ~ 0x1F6 这四个端口写入计算好的起始 LBA 地址
在 0x1F7 处写入读命令的指令号
不断检测 0x1F7 （此时已成为状态寄存器的含义）的忙位
如果第四步骤为不忙，则开始不断从 0x1F0 处读取数据到内存指定位置，直到读完

    代码的话如下所示：

static void hd_out(unsigned int drive,unsigned int nsect,unsigned int sect,unsigned int head,unsigned int cyl,unsigned int cmd,void (*intr_addr)(void))
{···port=0x1f0;outb_p(hd_info[drive].wpcom>>2,++port);	// 0x1f1，错误寄存器outb_p(nsect,++port);					// 0x1f2，扇区计数器outb_p(sect,++port);					// 0x1f3，扇区号寄存器outb_p(cyl,++port);						// 0x1f4，磁道数低8位outb_p(cyl>>8,++port);					// 0x1f5，磁道数高8位outb_p(0xA0|(drive<<4)|head,++port);	// 0x1f6，驱动器outb(cmd,++port);						// 0x1f7，命令
}

🎯总结

    到这里，初始化就都结束了，目前为止的中断如下所示：

中断号	中断处理函数
0 ~ 0x10	trap_init 里设置的一堆
0x20	timer_interrupt
0x21	keyboard_interrupt
0x80	system_call
0x2E	hd_interrupt

    整个操作系统就是一个靠中断驱动的死循环而已，如果不发生任何中断，操作系统会一直在一个死循环里等待。换句话说，让操作系统工作的唯一方式，就是触发中断。

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📖参考资料

[1] linux源码趣读
[2] 一个64位操作系统的设计与实现