操作系统（UNIX与Linux内核信息输出过程比较）

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操作系统（UNIX与Linux内核信息输出过程比较）


操作系统在启动之初，或检测到内部错误时，就需要向控制台输出有关信息。可以想象，这在操作系统中是潜在的常用过程。无论是UNIX，还是Linux，作为操作系统的内核部分，都尤其注意了程序的执行效率。我们所选的过程，它们的魅力，都可以用“清丽”之词言之；清丽之意，乃介乎天生丽质，韵味内涵皆清晰可观。我们细致的来看它们魅力与异同。
Ⅰ. UNIX部分（printf）
在UNIX中，是文件prf.c里的过程printf来完成这项工作的。它调用了其他一些过程，程序如下：

/*UNIX 6 --- prf.c

*我们所选的过程为printf和printn。可对应于莱昂氏原2340至2378行的程序部分。

*/

001 printf(fmt,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,xa,xb,xc)

002 char fmt[];

003 {

004    register char *s;

005    register *adx, c;

006

007    adx = &x1;

008 loop:

009    while((c = *fmt++) != '') {

010         if(c == '\0')

011              return;

012         putchar(c);

013    }

014    c = *fmt++;

015    if(c == 'd' || c == 'l' || c == 'o')

016         printn(*adx,c=='o'? 8: 10);

017    if(c == 's') {

018         s = *adx;

019         while(c = *s++)

020              putchar(c);

021    }

022    adx++;

023    goto loop;

024 }

025 /*--------------------------           */

026

027 printn(n, b)

028 {

029    register a;

030

031    if(a = ldiv(n, b))

032         printn(a, b);

033    putchar(lrem(n, b) + '0');

034 }

035 /*--------------------------            */

036

037 /*  putchar(c);  */

038   

对程序做简单说明。首先您注意到，这里c语言是旧时的风格，由printf的参数fmt可看出。还有就是，过程putchar涉及硬件相关的知识，同样，过程ldiv和lrem是汇编语言的过程，我们为简略起见，不再分析相关代码，而只提供如下提示：

对于printn，假设 n = A*b+B，则其中

l          A=ldiv（n，b），而且

l          B=lrem（n，b），0<=B<b。

过程printf是一种简单而直接的方法，可以方便的向系统控制台终端发送消息。并无缓存，也没有消息的优先级，后面可以看到这和我们所选的Linux的那个过程是不一样的。而且，printf和putchar都在核心态下运行，类似但不同于由C程序调用库函数“printf”和“putchar”，后者其实是在用户态下运行的。
现在您可以回过头去，试着品味一下这段代码。
我们先看过程printf。

007   007 寄存器变量adx记录了第一个参数x1的地址，注意x1占用的是栈单元，编译时不能对此表达  
式求值。从008到023，则是一个大循环，关乎我们的全部工作。

009   009 至 013  一个while循环，消息字符串在fmt内，而这里，边输出消息，边检测可有 “d”、“l”、“o”或“s”出现，分别表明后面的参数里有十进制数、八进制数或字符串内容需要输出。如果遇到结束符，则返回。

014   014 可以和009里相同的部分对照看。C语言的简练，竟可至此。当在009里，若寄存器变量c取出字符‘’时，其后fmt会后移一位，转到014执行。而这里是先取fmt内容，然后后移，则
c可为‘d’、‘l’、‘o’或‘s’了。若fmt中无‘’出现，则整个字符串被送出后过程就立刻返回，没有执行014及其后程序的可能，也就没有fmt超界的险情。这是逻辑力量的魅力。

015 与 016 调用了递归过程printn。后面详细叙述。

017   017 至 021 处理字符串s。整个过程比较清晰，看上去也极易明白。

022   022  adx后移一位。最初adx存储的是谁的地址？第一个参数x1的。后移一位指向哪里？再仔细一看，其它参数如x2、x3等皆未在程序中用到。您是否有些糊涂了？
C语言程序设计在过程调用和过程说明时，两者之间的参数不进行匹配检查。之所以如此，是因为这个版本的UNIX运行的机器PDP11中栈向下生长，也就是向低地址方向扩展。所以“x1”的地址高于“fmt”，但低于“x2”，其他类推。
这样，adx自增1，其实指向了下一个参数。023  goto 语句，回至loop处。
下面看printn过程。由提示，您或许能分析出，该过程将一个二进制数按第二个参数b所表示的基数转换成一组数字字符。这里设计了一个小小的算法。
031 和 032  这个递归调用是算法的主题部分。若n = a*b+c，而递归调用，就是“a（m）=a（m+1）*b+c（m），0<=c（m）<b，a（0）=n，至a（m+1）==0时开始返回”的计算过程。33     033  依次返回，输出数字字符c（m），…，c（0）。数字的算术值，加‘0’可方便的得到对应的字符值。这个算法本身较好，又部分采用了汇编代码实现，效率很高了。可是，UNIX的哲学是“尽量使其简化”，使用递归调用使得算法不太明朗，而且于效率也略有损害。不做跟踪，您能明白033行 lrem的第一个参数传n，为什么又输出的是c（m），…，c（0） 吗？如果稍做更改，可能会更好。读者可以尝试。
但这也是白玉微瑕，现在再回头看整个程序，可有新的收获？