新读者看这里，老读者直接跳过。本系列将带你以看小说的心态，从开机后的代码执行顺序开始阅读领略Linux0.11的所有核心代码，了解操作系统的技术细节和设计思路。你将跟随我，见证一个操作系统从无到有，一步步实现其复杂精妙的设计。看完这个系列，希望你能感叹一下，原来操作系统的源代码就是这狗屎。本书接续上一章。上一本书讲到进程调度的初始化，定义了一个长度为64的任务数组来管理所有进程的结构体。然后在GDT中预定义了进程调度所需要的TSS和LDT结构。之后开启定时器，准备迎接时钟中断的到来，进而触发进程调度。那么我们静下心来，回到main函数，继续看接下来的初始化过程。那就是缓冲区初始化buffer_init，来吧，所剩无几了！voidmain(void){...mem_init(main_memory_start,memory_end);陷阱初始化（）；blk_dev_init();chr_dev_init();tty_init();时间初始化（）；计划初始化（）；buffer_init（buffer_memory_end）；高清初始化（）；软盘初始化（）；斯蒂（）;move_to_user_mode();如果(!fork()){初始化();}for(;;)pause();}首先要注意的是这个函数传递了一个参数buffer_memory_end，这个参数早就设置好了。就在第12章之前|管理内存，分了三个边界值，我们复习一下。记住？而我们在第13章|中使用mem_init设置了主内存管理结构mam_map|主内存初始化mem_init。如果记不住了，就需要把前面的章节再看一遍，不然后面会越来越难。前面管理了主存区，所以今天剩下的缓冲区也进行了初始化和管理。目的就这么简单，我们来看代码。我们还是沿用之前的方法，假设内存只有8M，去掉一些不相关的分支，方便理解。externintend;structbuffer_head*start_buffer=(structbuffer_head*)&end;voidbuffer_init(longbuffer_end){structbuffer_head*h=start_buffer;void*b=(void*)buffer_end;while((b-=1024)>=((void*)(h+1))){h->b_dev=0;h->b_dirt=0;h->b_count=0;h->b_lock=0;h->b_uptodate=0;h->b_wait=NULL;h->b_next=NULL;h->b_prev=NULL;h->b_data=(char*)b;h->b_prev_free=h-1;h->b_next_free=h+1;h++;}H-;free_list=start_buffer;free_list->b_prev_free=h;h->b_next_free=free_list;for(inti=0;i<307;i++)hash_table[i]=NULL;}虽然很长，但实际上只是创建了两个数据结构。但是等等，让我们先看看这行代码。externintend;voidbuffer_init(longbuffer_end){structbuffer_head*start_buffer=(structbuffer_head*)&end;...}这里有一个外部变量end，我们buffer的start_buffer就等于这个变量的内存地址。这个外部变量end并不是操作系统代码写的，而是链接器ld在链接整个程序时设置的一个外部变量，帮助我们计算出整个内核代码的结束地址。在此之前，内核代码区不得使用，在此之后，用于缓冲。所以我们的内存分布图可以更准确。你看，之前的疑惑都解开了？这很容易理解。内核程序和缓冲区之间必须有一个分界线。这条分界线就是结束变量的值。这个值多少合适？比如代码中直接写了主存和buffer的分界线，就是上图中的2M。但是内核程序写的时候不知道占用多少内存。即使我知道，我改一点代码，它也会改变，所以在程序编译链接的时候，链接器程序会帮我们计算出内核代码的结束地址，作为一个外部变量end是方便我们立即使用。好吧，我们回头看看，整个代码创建了哪两个管理结构？我们先看看这个结构。voidbuffer_init(longbuffer_end){structbuffer_head*h=start_buffer;void*b=(void*)buffer_end;while((b-=1024)>=((void*)(h+1))){...h->b_data=(char*)b;h->b_prev_free=h-1;h->b_next_free=h+1;h++;}...}只有两个变量。一个是buffer_head结构体的h，代表bufferhead，它的指针值为start_buffer，就是我们刚才计算出来的，也就是图中kernelcodeend的结束地址，也就是buffer的开始。一个是b，代表bufferblock，指针值为buffer_end，图中为2M，也就是buffer的结束。buffer末尾的b每次循环-1024，也就是一页的值，buffer末尾的h每次循环+1（一块buffer_head大小的内存），直到碰到一个block。可以看出b其实代表bufferblock，h代表bufferhead，一个从上到下，一个从下到上。并且在这个过程中，h附加了一个属性值，关键点就是这个buffer所代表的数据部分b_data，指向上面的bufferblockb。还有这个buffer前后的freebuffer的指针b_prev_free和b_next_free。即绘制如下。当缓冲区头h的所有next和prev指针都指向彼此时，就形成了一个双向链表。继续阅读。voidbuffer_init(longbuffer_end){...free_list=start_buffer;free_list->b_prev_free=h;h->b_next_free=free_list;...}这三行代码，结合刚才的双向链表h，我画图，你我搞定。看，free_list指向bufferhead双向链表的第一个结构体，然后可以按照这个结构体从双向链表中遍历到任意一个bufferhead结构体，通过bufferhead对应的bufferblock缓冲头。简单的说，bufferheader就是具体bufferblock的管理结构，free_list开头的双向链表就是bufferheader的管理结构，整个管理体系就是这样建立起来的。现在，从free_list开始遍历，找到这里的所有内容。然而，还有最后一件事可以帮助更好地管理，向下看。voidbuffer_init(longbuffer_end){...for(i=0;i<307;i++)hash_table[i]=NULL;}一个大小为307的hash_table数组，这是做什么用的？其实今天的代码是在buffer.c中的，而buffer.c在fs包下，也就是文件系统包下。所以以后会服务于文件系统。具体来说，如果内核程序需要访问块设备中的数据，就需要通过缓冲区间接进行操作。也就是说，要读取块设备的数据（硬盘中的数据），需要先读入缓冲区。如果缓冲区已经存在，则不需要从块设备中读取，直接拿走即可。那么怎么知道buffer中已经有blockdevice中的数据要读取了呢？当然可以从双向链表的开头开始遍历，但是这样效率太低了。所以需要一个hashmap结构来进行快速查找，这就是hash_table数组的作用。现在我只是初始化这个hash_table，并没有在任何地方使用它，所以我先简单地剧透一下。之后，当要读取某个块设备上的数据时，首先要搜索对应的缓冲块，也就是下面的函数。#define_hashfn(dev,block)(((unsigned)(dev^block))%307)#definehash(dev,block)hash_table[_hashfn(dev,block)]//搜索合适的bufferblockstructbuffer_head*getblk(intdev,intblock){...structbuffer_headbh=get_hash_table(dev,block);...}structbuffer_head*get_hash_table(intdev,intblock){...find_buffer(dev,block);...}staticstructbuffer_head*find_buffer(intdev,intblock){...hash(dev,block);...}一路往下找，也就是通过dev^block%307(设备号^逻辑块号)Mod307在hash_table中找到索引下标，然后就类似于Java中的HashMap。如果hash冲突，就形成一个链表，画图的时候是这样的。哈希表+双向链表，如果算法题太多，很容易认为这样可以实现LRU算法。是的，就是这个算法对buffer的后续使用和弃用起到了一定的作用。也就是说，以后通过文件系统读取硬盘文件时，需要使用和丢弃这个缓冲区中的内容。缓冲区是用户进程的内存和硬盘之间的桥梁。好了，再多说几句文件系统中的读操作。压力太大了。这一章主要是了解这个buffer的管理是如何初始化的，为后面做铺垫。让我们回顾一下我们目前的进展！voidmain(void){...mem_init(main_memory_start,memory_end);陷阱初始化（）；blk_dev_init();chr_dev_init();tty_init();时间初始化（）；计划初始化（）；buffer_init（buffer_memory_end）；高清初始化（）；软盘初始化（）；斯蒂（）;move_to_user_mode();if(!fork()){init();}for(;;)pause();}整个初始化的一部分，唯一缺少的就是hd_init和floppy_init这两个块设备的初始化。幸运的是，floppy_init是软盘的初始化。现在软盘几乎淘汰了，电脑里也没有软盘驱动器，所以我们完全可以忽略这个，然后就只有一个hd_init来初始化硬盘了。这很简单！还记得小时候特别喜欢收集软盘，把自己制作的Flash动画分门别类地存放在里面，然后在软盘上的纸标签上写上文字，表示软盘上存放的是什么.想一想或记住它。离这很远。前面各种初始化任务建立的数据结构，将在后面的模块中发挥最核心的作用。任何操作系统的管理都离不开这些初始化任务所建立的数据结构，所以我们必须把这些基础打好，不用担心。当所有的初始化工作完成后，我会用它来为大家梳理一下，大家尽量记住大部分初始化的数据结构！
