第4部分小结

整个操作系统终于通过四个部分的讲解，完成了它的启动，达到了一个怠速状态，留下了一个 shell 程序等待用户指令的输入并执行。

具体来说。

通过第一部分 | 进入内核前的苦力活完成了执行 main 方法前的准备工作，如加载内核代码，开启保护模式，开启分页机制等工作，对应内核源码中 boot 文件夹里的三个汇编文件 bootsect.s setup.s head.s。

通过第二部分 | 大战前期的初始化工作完成了内核中各种管理结构的初始化，如内存管理结构初始化 mem_init，进程调度管理结构初始化 shed_init 等，对应 main 方法中的 xxx_init 系列方法。

通过第三部分 | 一个新进程的诞生讲述了 fork 函数的原理，也就是进程 0 创建进程 1 的过程，对应 main 方法中的 fork 函数。

通过第四部分 | shell 程序的到来讲述了从加载根文件系统到最终创建出与用户交互的 shell 进程的过程，对应 main 方法中的 init 函数。

至此操作系统启动完毕，达到怠速状态。

纵观整个操作系统的源码，前四部分对应的代码如下，这就是启动流程中的全部代码了。

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// --- 第一部分 进入内核前的苦力活 ---
// bootsect.s
// setup.s
// head.s
// main.c
void main(void) {
// --- 第二部分 大战前期的初始化工作 ---    
    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();
// --- 第三部分 一个新进程的诞生 ---
    move_to_user_mode();
    if (!fork()) {
// --- 第四部分 shell程序的到来 ---
        init();
    }
    for(;;) pause();
}

具体展开第四部分，我们首先通过第31回 | 拿到硬盘信息和第32回 | 加载根文件系统使得内核具有了以文件系统的形式管理硬盘中的数据的能力。

接下来第33回 | 打开终端设备文件使用刚刚建立好的文件系统能力，打开了 /dev/tty0 这个终端设备文件，此时内核便具有了与外设交互的能力，具体可以体现为调用 printf 函数可以往屏幕上打印字符串了。

再接下来，第34回 | 进程2的创建利用刚刚建立好的文件系统，以及进程 1 的与外设交互的能力，创建出了进程 2，此时进程 2 与进程 1 一样也具有与外设交互的能力，这为后面 shell 程序的创建打好了基础。

然后，进程 2 此时摇身一变，在第35回 | execve 加载并执行 shell 程序利用 execve 函数使自己变成了 shell 程序，配合上一回 fork 的进程 2 的过程，这就是 Linux 里经典的 fork + execve 函数。

execve 函数摇身一变的关键，其实就是改变了栈空间中的 EIP 和 ESP 的值，使得中断返回后的地址被程序进行了魔改，改到了 shell 程序加载到的内存地址上。

此时，execve 系统调用的中断返回后，指向了 shell 程序所在的内存地址起始处，就要开始执行 shell 程序了。但此时 shell 程序还没有从硬盘中加载到内存呢，所以此时会触发缺页中断，将硬盘中的 shell 程序（除 exec 头部的其他部分）按需加载到内存，这就是第36回 | 缺页中断里讲述的过程。

这回，终于可以开始执行 shell 程序了，在第37回 | shell 程序跑起来了中我们以 xv6 源码中的超级简单的 shell 程序源码为例，讲解了 shell 程序的原理。

就是不断读取我们用户输入的命令，创建一个新的进程并执行刚刚读取到的命令，最后等待进程退出，再次进入读取下一条命令的循环中。

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// xv6-public sh.c
int main(void) {    
    static char buf[100];    
    // 读取命令    
    while(getcmd(buf, sizeof(buf)) >= 0){        
        // 创建新进程        
        if(fork() == 0)            
            // 执行命令            
            runcmd(parsecmd(buf));        
        // 等待进程退出        
        wait();    
    }
}

shell 程序是个死循环，我们再回过头来看操作系统的死循环。

在第38回 | 操作系统启动完毕中给出了整个操作系统启动代码的鸟瞰视角。

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// main.c
void main() {    
    // 初始化环境    
    ...    
    // 外层操作系统大循环    
    while(1) {        
        // 内层 shell 程序小循环        
        while(1) {            
            // 读取命令 read            
            ...            
            // 创建进程 fork            
            ...            
            // 执行命令 execve            
            ...        
        }    
    }
}

可以看出，不仅 shell 程序是个死循环，整个操作系统也是个死循环。

除此之外，这里所有的键盘输入、系统调用、进程调度，统统都需要中断来驱动，所以很久之前我说过，操作系统就是个中断驱动的死循环，就是这个道理。

OK！到此为止，操作系统终于启动完毕，达到了怠速的状态，它本身设置好了一堆中断处理程序，随时等待着中断的到来进行处理，同时它运行了一个 shell 程序用来接受我们普通用户的命令，以同人类友好的方式进行交互。

我们前四个部分，终于把整个操作系统的启动流程讲述清楚了，如果你头脑中已经有像过电影般把整个启动流程清晰地印在脑子里，相信你已经不再恐惧操作系统源码了。

但理解操作系统不单单是启动流程这个视角，还需要内存管理、文件系统、进程调度、设备管理、系统调用等操作系统提供的功能的视角看。

启动流程是一次性的，就这么来一下子，而这些功能是持续不断的，用户程序不断通过系统调用和操作系统提供的这些功能，完成自己想要让计算机帮忙做的事情。

所以接下来的第五部分，我打算用一条 shell 命令的执行过程，来把操作系统这些模块和所提供的功能讲述清楚。

因为一条 shell 命令的执行，包括了内存管理、文件系统、进程调度、设备管理、中断控制、特权级切换等等各方面的内容，实在是把它们都串起来的好办法。

第4部分小结

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