第31回 | 拿到硬盘信息
新读者看这里，老读者直接跳过。
本系列会以一个读小说的心态，从开机启动后的代码执行顺序，带着大家阅读和赏析 Linux 0.11 全部核心代码，了解操作系统的技术细节和设计思想。
本回的内容属于第四部分。
你会跟着我一起，看着一个操作系统从啥都没有开始，一步一步最终实现它复杂又精巧的设计，读完这个系列后希望你能发出感叹，原来操作系统源码就是这破玩意。
以下是已发布文章的列表，详细了解本系列可以先从开篇词看起。
第一部分 进入内核前的苦力活
第二部分 大战前期的初始化工作
第三部分：一个新进程的诞生
本系列的 GitHub 地址如下（文末阅读原文可直接跳转）
https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk
------- 正文开始 -------
上一个大部分的名字叫一个新进程的诞生，讲述了进程 0 调用了 fork 函数创建了一个新的进程 —— 进程 1，并且使其达到了可以被调度的状态，fork 就算正式完成了自己的使命。
void main(void) {
...
move_to_user_mode();
if (!fork()) {
init();
}
for(;;) pause();
}
由于 fork 函数一调用，就又多出了一个进程，子进程（进程 1）会返回 0，父进程（进程 0）返回子进程的 ID，所以 init 函数只有进程 1 才会执行。
第三部分结束后，就到了现在的第四部分，shell 程序的到来。而整个第四部分的故事，就是这个 init 函数做的事情。
虽然就一行代码，但这里的事情可多了去了，我们先看一下整体结构。我已经把单纯的日志打印和错误校验逻辑去掉了。
void init(void) {
int pid,i;
setup((void *) &drive_info);
(void) open("/dev/tty0",O_RDWR,0);
(void) dup(0);
(void) dup(0);
if (!(pid=fork())) {
open("/etc/rc",O_RDONLY,0);
execve("/bin/sh",argv_rc,envp_rc);
}
if (pid>0)
while (pid != wait(&i))
/* nothing */;
while (1) {
if (!pid=fork()) {
close(0);close(1);close(2);
setsid();
(void) open("/dev/tty0",O_RDWR,0);
(void) dup(0);
(void) dup(0);
_exit(execve("/bin/sh",argv,envp));
}
while (1)
if (pid == wait(&i))
break;
sync();
}
_exit(0); /* NOTE! _exit, not exit() */
}
是不是看着还挺复杂？
不过别急，今天我们就只讲第一行代码 setup 的一部分，硬盘信息的获取。
struct drive_info { char dummy[32]; } drive_info;
// drive_info = (*(struct drive_info *)0x90080);
void init(void) {
setup((void *) &drive_info);
...
}
先看入参。
drive_info 是来自内存 0x90080 的数据，这部分是由之前 第5回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存 讲的 setup.s 程序将硬盘 1 的参数信息放在这里了，包括柱面数、磁头数、扇区数等信息。
setup 是个系统调用，会通过中断最终调用到 sys_setup 函数。关于系统调用的原理，在 第25回 | 通过 fork 看一次系统调用 中已经讲得很清楚了，此处不再赘述。
所以直接看 sys_setup 函数，我仍然是对代码做了少许的简化，去掉了日志打印和错误判断分支，并且仅当作只有一块硬盘，去掉了一层 for 循环。
int sys_setup(void * BIOS) {
hd_info[0].cyl = *(unsigned short *) BIOS;
hd_info[0].head = *(unsigned char *) (2+BIOS);
hd_info[0].wpcom = *(unsigned short *) (5+BIOS);
hd_info[0].ctl = *(unsigned char *) (8+BIOS);
hd_info[0].lzone = *(unsigned short *) (12+BIOS);
hd_info[0].sect = *(unsigned char *) (14+BIOS);
BIOS += 16;
hd[0].start_sect = 0;
hd[0].nr_sects =
hd_info[0].head * hd_info[0].sect * hd_info[0].cyl;
struct buffer_head *bh = bread(0x300, 0);
struct partition *p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;
for (int i=1;i<5;i++,p++) {
hd[i].start_sect = p->start_sect;
hd[i].nr_sects = p->nr_sects;
}
brelse(bh);
rd_load();
mount_root();
return (0);
}
好，我们一点点看。
先看第一部分，硬盘基本信息的赋值的操作。
int sys_setup(void * BIOS) {
hd_info[0].cyl = *(unsigned short *) BIOS;
hd_info[0].head = *(unsigned char *) (2+BIOS);
hd_info[0].wpcom = *(unsigned short *) (5+BIOS);
hd_info[0].ctl = *(unsigned char *) (8+BIOS);
hd_info[0].lzone = *(unsigned short *) (12+BIOS);
hd_info[0].sect = *(unsigned char *) (14+BIOS);
BIOS += 16;
...
}
刚刚说了，入参 BIOS 是来自内存 0x90080 的数据，这部分是由之前 第5回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存 讲的 setup.s 程序将硬盘 1 的参数信息放在这里了，包括柱面数、磁头数、扇区数等信息。
所以，一开始先往 hd_info 数组的 0 索引处存上这些信息。我们假设就只有一块硬盘，所以这个数组也只有一个元素。
这个数组里的结构就是 hd_i_struct，就表示硬盘的参数。
struct hd_i_struct {
// 磁头数、每磁道扇区数、柱面数、写前预补偿柱面号、磁头着陆区柱面号、控制字节
int head,sect,cyl,wpcom,lzone,ctl;
};
struct hd_i_struct hd_info[] = {}；
最终效果就是这样。
OK，我们继续。
看第二部分，硬盘分区表的设置。
static struct hd_struct {
long start_sect;
long nr_sects;
} hd[5] = {}
int sys_setup(void * BIOS) {
...
hd[0].start_sect = 0;
hd[0].nr_sects =
hd_info[0].head * hd_info[0].sect * hd_info[0].cyl;
struct buffer_head *bh = bread(0x300, 0);
struct partition *p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;
for (int i=1;i<5;i++,p++) {
hd[i].start_sect = p->start_sect;
hd[i].nr_sects = p->nr_sects;
}
brelse(bh);
...
}
只看最终效果，就是给 hd 数组的五项附上了值。
这表示硬盘的分区信息，每个分区用 start_sect 和 nr_sects，也就是开始扇区和总扇区数来记录。
这些信息是从哪里获取的呢？就是在硬盘的第一个扇区的 0x1BE 偏移处，这里存储着该硬盘的分区信息，只要把这个地方的数据拿到就 OK 了。
所以 bread 就是干这事的，从硬盘读取数据。
struct buffer_head *bh = bread(0x300, 0);
第一个参数 0x300 是第一块硬盘的主设备号，就表示要读取的块设备是硬盘一。第二个参数 0 表示读取第一个块，一个块为 1024 字节大小，也就是连续读取硬盘开始处 0 ~ 1024 字节的数据。
拿到这部分数据后，再取 0x1BE 偏移处，就得到了分区信息。
struct partition *p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;
就这么点事。
至于如何从硬盘中读取指定位置（块）的数据，也就是 bread 函数的内部实现，那是相当复杂的，涉及到与缓冲区配合的部分，还有读写请求队列的设置，以及中断。
当然，这个函数就是经典的问题，从硬盘中读取数据的原理，但这些都不影响主流程，因为仅仅是把硬盘某位置的数据读到内存而已，先不去深入细节，细节部分将在第五部分展开说明。
OK，目前我们已经把硬盘的基本信息存入了 hd_info[]，把硬盘的分区信息存入了 hd[]，我们继续往下看。
int sys_setup(void * BIOS) {
...
rd_load();
mount_root();
return (0);
}
就剩两个函数了。
其中 rd_load 是当有 ramdisk 时，也就是虚拟内存盘，才会执行。虚拟内存盘是通过软件将一部分内存（RAM）模拟为硬盘来使用的一种技术，一种小玩法而已，我们就先当做没有，否则很影响看主流程的心情。
mount_root 直译过来就是加载根，再多说几个字是加载根文件系统，有了它之后，操作系统才能从一个根开始找到所有存储在硬盘中的文件，所以它是文件系统的基石，很重要。
为了加载根文件系统，或者说所谓的加载根文件系统，就是把硬盘中的数据加载到内存里，以文件系统的数据格式来解读这些信息。
所以第一，需要硬盘本身就有文件系统的信息，硬盘不能是裸盘，这个不归操作系统管，你为了启动我的 Linux 0.11，必须拿来一块做好了文件系统的硬盘来。
第二，需要读取硬盘的数据到内存，那就必须需要知道硬盘的参数信息，这就是我们本讲所做的事情的意义。
欲知后事如何，且听下回分解。
------- 关于本系列 -------
本系列的开篇词看这，开篇词
本系列的番外故事看这，让我们一起来写本书？也可以直接无脑加入星球，共同参与这场旅行。
最后，本系列完全免费，希望大家能多多传播给同样喜欢的人，同时给我的 GitHub 项目点个 star，就在阅读原文处，这些就足够让我坚持写下去了！我们下回见。