操作系统——实验lab1 **超详细**实验报告

这篇博客详述了ucore操作系统实验lab1的全过程,包括理解makefile生成ucore.img,使用qemu执行与调试,分析bootloader启动、加载ELF OS的步骤,以及实现函数调用堆栈跟踪和中断初始化处理。实验涵盖了从启动过程到保护模式的转变,再到中断处理的各个环节。

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lab1 操作系统启动过程

实验指导书:
https://chyyuu.gitbooks.io/ucore_os_docs/content/lab1/lab1_1_goals.html
实验中可能使用到的工具:
https://chyyuu.gitbooks.io/ucore_os_docs/content/lab0/lab0_ref_ucore-tools.html
ucore源码以及参考答案
https://github.com/chyyuu/ucore_os_lab
官方问答
https://chyyuu.gitbooks.io/os_course_qa/content/

练习1:理解通过make生成执行文件的过程。

在这里插入图片描述

question 1

操作系统镜像文件ucore.img是如何一步一步生成的?(需要比较详细地解释Makefile中每一条相关命令和命令参数的含义,以及说明命令导致的结果)

这个练习只是要大家熟悉makefile以及make,不必完整的掌握makefile里面的源码,只需要知道那些命令是什么意思就够了,了解就好。这东西要你记也记不住,学习makefile和linux系统命令一样,不是一朝一夕久能学好的,需要时间的累积和经验的积累。

下面来进行分析
首先我们查看lab1下的Makefile文件
找到create ucrore.image 大概在169h在这里插入图片描述
看172行 用到了两个块分别叫做kernel和bootblock,我们先展示不管这两个块的内容是什么,假设我们已经有这两个块了,先直接分析下面的代码,先全局再局部分析嘛

dd是一条linux命令指令:
dd:用指定大小的块拷贝一个文件,并在拷贝的同时进行指定的转换。

if=文件名:输入文件名,缺省为标准输入。即指定源文件。< if=input file >
of=文件名:输出文件名,缺省为标准输出。即指定目的文件。< of=output file >
count=blocks:仅拷贝blocks个块,块大小等于ibs指定的字节数。 conv=conversion:用指定的参数转换文件。 conv=notrunc:不截短输出文件

这里的意思就是说先创建一个大小为10000字节的内存块儿,然后再将bootblock和kernel拷贝过去

然后我们再去看看kernel和bootblock的内容
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
这里用到了很多函数 就不一一截图了,太麻烦,这两个部分主要就是通过gcc编译一些源码,源码在你的lab1/boot和lab1/kern中,暂时我们不用去追究源码写的什么内容,后面的实验会慢慢分析的。

在终端中执行输入 make V= 会看到ucore.image 的编译内容
正是我们之前说的先创建一个大小为10000字节的内存块儿,然后再将bootblock和kernel拷贝过去
在这里插入图片描述
其中相关参数的含义为:

  • ggdb 生成可供gdb使用的调试信息

  • m32生成适用于32位环境的代码

  • gstabs 生成stabs格式的调试信息

  • nostdinc 不使用标准库

  • fno-stack-protector 不生成用于检测缓冲区溢出的代码

  • 0s 位减小代码长度进行优化

question 2

一个被系统认为是符合规范的硬盘主引导扇区的特征是什么?

查看lab1/tools/sign.c源代码

目录 I 基础知识9 1 MINIX操作系统简介11 1.1 MINIX与UNIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 探索MINIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3 编辑器:vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4 编译器:CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.5 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 Intel 8086体系结构19 2.1 8086 CPU结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2 运算器与指令部件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.3 寄存器组. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4 主存. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5 堆栈. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.6 系统启动. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.7 二进制文件结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3 ACK 8086汇编语言27 3.1 寻址. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2 数据移动指令. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3 常量、标号、数据与全局变量. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.4 运算指令. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.5 标志位操纵指令. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.6 串操作指令. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.7 跳转、分支与循环. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.8 堆栈与子程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5 6 目录 4 实习:Hello World 37 4.1 Hello World程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 II 汇编语言进阶41 5 C与汇编联合开发43 5.1 函数调用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.2 全局与局部变量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.3 编译与连接. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.4 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 6 中断与I/O 49 6.1 中断. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.2 输入输出设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6.3 编写中断处理程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6.4 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 7 实习:小游戏55 7.1 make工具. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7.2 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 III 操作系统内核59 8 进程切换61 8.1 进程模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 8.2 进程的实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 8.3 进程切换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 8.4 中断嵌套. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 8.5 MiniOS中的进程切换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 8.6 操作系统实现原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 9 进程通信71 9.1 信号量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 9.2 消息机制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 9.3 消息机制的实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 9.4 调试消息内核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 目录7 10 实习:操作系统内核83 10.1 引导操作系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 10.2 微内核与层次式操作系统结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 10.3 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 IV 轻量操作系统实现87 11 设备驱动程序89 11.1 设备驱动程序原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 11.2 键盘设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 11.3 屏幕设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 11.4 死锁的产生与预防. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 12 存储管理95 12.1 存储管理与系统调用服务进程. . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 12.2 进程映像的创建与终止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 12.3 替换进程映像. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 13 文件系统101 13.1 文件与目录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 13.2 文件与目录管理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 13.3 文件描述符. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 14 实习:迷你操作系统109 14.1 一个简易的Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 14.2 实习题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 附录111 A vi常用命令113 B 虚拟机与外部的文件交换117
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