20.硬盘初始化hd_init

上回书咱们说到，buffer_init 完成了缓冲区初始化工作，内存中的缓冲区部分变成了这个样子。

而所有的缓冲头又被一个 hash_table 管理起来，以便查找。

至于缓冲区的这种管理怎么用，那等到后面文件系统中，如何读取一个块设备的数据，再展开讲解。

今天，我们看 main 函数中最后两个初始化函数！

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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(); //本文重点    floppy_init();        sti();    move_to_user_mode();    if (!fork()) {init();}    for(;;) pause();}

最后两个了！兴不兴奋！

不过一口气看两个会不会消化不了？

不要担心，hd_init 是硬盘初始化，我们不得不看。

但 floppy_init 是软盘初始化，现在软盘几乎都被淘汰了，计算机中也没有软盘驱动器了，所以这个我们完全可以不看。

还记得小时候我特别喜欢收集软盘，里面分门别类存上我做的 Flash 动画，然后在软盘上的那个纸标签上写上文字，表示软盘存了什么，想想看还是回忆呢。

收，我们直接看 hd_init 这个硬盘初始化干了什么？

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//struct blk_dev_struct {
//    void (*request_fn)(void);
//    struct request * current_request;
//};
extern struct blk_dev_struct blk_dev[NR_BLK_DEV];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);
 }

就这？一共就四行代码。

没错，初始化嘛，往往都比较简单，尤其是对硬件设备的初始化，大体都是：

1. 往某些 IO 端口上读写一些数据，表示开启它；

2. 然后再向中断向量表中添加一个中断，使得 CPU 能够响应这个硬件设备的动作；

3. 最后再初始化一些数据结构来管理。不过像是内存管理可能结构复杂些，外设的管理，相对就简单很多了。

看第一行代码：

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void hd_init(void) {
    blk_dev[3].request_fn = do_hd_request;
    ...
}

我们把 blk_dev 数组索引 3 位置处的块设备管理结构 blk_dev_struct 的 request_fn 赋值为了 do_hd_request，这是啥意思呢？

因为有很多块设备，所以 Linux 0.11 内核用了一个 blk_dev[] 来进行管理，每一个索引表示一个块设备。

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struct blk_dev_struct blk_dev[NR_BLK_DEV] = {
    { NULL, NULL },     /* no_dev */
    { NULL, NULL },     /* dev mem */
    { NULL, NULL },     /* dev fd */
    { NULL, NULL },     /* dev hd */
    { NULL, NULL },     /* dev ttyx */
    { NULL, NULL },     /* dev tty */
    { NULL, NULL }      /* dev lp */
};

你看，索引为 3 这个位置，就表示给硬盘 hd 这个块设备留的位置。

那么每个块设备执行读写请求都有自己的函数实现，在上层看来都是一个统一函数 request_fn 即可，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。

是不是有点像接口？这其实就是多态思想在 C 语言的体现嘛~ 用 Java 程序员熟悉的话就是，父类引用 request_fn 指向子类对象 do_hd_request 的感觉咯。

我们再看第二行。

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void hd_init(void) {
    ...
    set_intr_gate(0x2E,&hd_interrupt);
    ...
}

对于中断我们已经很熟悉了，这里就是又设置了一个新的中断，中断号是 0x2E，中断处理函数是 hd_interrupt，也就是说硬盘发生读写时，硬盘会发出中断信号给 CPU，之后 CPU 便会陷入中断处理程序，也就是执行 hd_interrupt 函数。

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_hd_interrupt:
    ...
    xchgl _do_hd,%edx
    ...
    // 如果是读盘操作，这个 do_hd 是 read_intrstatic
void read_intr(void) {
    ...
    do_hd_request();
    ...
}

好了，又多了一个中断，那我们再次梳理下目前开启的中断都有哪些。

其中 0-0x10 这 17 个中断是 trap_init 里初始化设置的，是一些基本的中断，比如除零异常等。这个在 第14回 中断初始化 trap_init 有讲到。

之后，在控制台初始化 con_init 里，我们又设置了 0x21 键盘中断，这样按下键盘就有反应了。这个在 第16回 控制台初始化 tty_init 有讲到。

再之后，我们在进程调度初始化 sched_init 里又设置了 0x20 时钟中断，并且开启定时器。最后又偷偷设置了一个极为重要的 0x80 系统调用中断。这个在 第18回 进程调度初始化 sched_init 有讲到。

现在，我们在硬盘初始化 hd_init 里，又设置了硬盘中断，这样硬盘读写完成后将通过中断来通知 CPU。

上回书我提醒大家，有没有感觉到操作系统的中断驱动的特征，那本回再给大家展望一下。

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看到最后，你会发现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。

好了，再往下看后两行。

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void hd_init(void) {
    ...
    outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);
    outb(inb_p(0xA1)&0xbf,0xA1);
 }

就是往几个 IO 端口上读写，其作用是允许硬盘控制器发送中断请求信号，仅此而已。我们向来是不深入硬件细节，知道往这个端口里写上这些数据，导致硬盘开启了中断，即可。

OK，本章就结束了，仅仅看初始化的工作，太简单了，连图都不用画就结束了。

当然 hd.c 里还有很多读写硬盘的方法，这个在之后文件系统用到他们时，自然会讲起，这里就抛个引子，看看读硬盘最最底层的操作流程，是怎样的。

我们看硬盘的端口表。

那读硬盘就是，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。

如果觉得不够具体，那来个具体的版本。

1. 在 0x1F2 写入要读取的扇区数

2. 在 0x1F3 ~ 0x1F6 这四个端口写入计算好的起始 LBA 地址

3. 在 0x1F7 处写入读命令的指令号

4. 不断检测 0x1F7 （此时已成为状态寄存器的含义）的忙位

5. 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

而操作系统的代码，也是这样写的，我们一睹为快一下，不用理解细节。

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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)) {    
    ...    
    do_hd = intr_addr;    
    outb_p(hd_info[drive].ctl,HD_CMD);    
    port = 0x1f0;    
    outb_p(hd_info[drive].wpcom>>2,++port);    
    outb_p(nsect,++port);    
    outb_p(sect,++port);    
    outb_p(cyl,++port);    
    outb_p(cyl>>8,++port);    
    outb_p(0xA0|(drive<<4)|head,++port);    
    outb(cmd,++port);
}

看，那些 outb_p 方法，转换成汇编语言，就是 out 指令，往指定的硬盘 IO 端口上写数据，达到我们想要的读或者写的目的。

是不是很 low？

但我们由用户层写的各种 read\write 函数，即便是经过系统调用、文件系统、缓冲区管理等等过程，但只要是读写硬盘，最终都要调用到这个最底层的函数，殊途同归，逃不掉的！

好了，至此，我们就把所有的初始化工作，都讲完了！坚持读到现在的，都为自己鼓鼓掌！！！

下一回，我们将用整整一章的篇幅，完整梳理下我们所做的所有初始化工作，这也标志着第二大部分正式完结！这些初始化工作，将在后面的流程中，起到至关重要的作用，直到本系列结束。