操作系统实验 ucore lab1 系统软件启动过程

实验内容

lab1中包含一个bootloader和一个OS。这个bootloader可以切换到X86保护模式，能够读磁盘并加载ELF执行文件格式，并显示字符。而这lab1中的OS只是一个可以处理时钟中断和显示字符的幼儿园级别OS。

 

实验目的

操作系统是一个软件，也需要通过某种机制加载并运行它。在这里我们将通过另外一个更加简单的软件-bootloader来完成这些工作。为此，我们需要完成一个能够切换到x86的保护模式并显示字符的bootloader，为启动操作系统ucore做准备。lab1提供了一个非常小的bootloader和ucore OS，整个bootloader执行代码小于512个字节，这样才能放到硬盘的主引导扇区中。通过分析和实现这个bootloader和ucore OS，读者可以了解到：

 

    计算机原理

        CPU的编址与寻址: 基于分段机制的内存管理

        CPU的中断机制

        外设：串口/并口/CGA，时钟，硬盘

 

    Bootloader软件

        编译运行bootloader的过程

        调试bootloader的方法

        PC启动bootloader的过程

        ELF执行文件的格式和加载

        外设访问：读硬盘，在CGA上显示字符串

 

    ucore OS软件

        编译运行ucore OS的过程

        ucore OS的启动过程

        调试ucore OS的方法

        函数调用关系：在汇编级了解函数调用栈的结构和处理过程

        中断管理：与软件相关的中断处理

        外设管理：时钟

 

实验步骤及运行结果

 

练习1：理解通过make生成执行文件的过程。

   

   

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)

      通过观察，发现文件是先由c语言文件通过gcc编译，之后两次链接生成两个o文件，最后生成ucore.img

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？

 

        大小为512字节，后两位为固定的0X55 0XAA

练习2：使用qemu执行并调试lab1中的软件。

       1.从CPU加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪BIOS的执行。

       

       Makedebug 即可单步跟踪

       2.在初始化位置0x7c00设置实地址断点,测试断点正常。

      从0x7c00开始跟踪代码运行,将单步跟踪反汇编得到的代码与bootasm.S和 bootblock.asm进行比较。

       

      

      断点设置正常，反汇编代码和bootasm中一样

练习3：分析bootloader进入保护模式的过程

    

    

 

     1等待8042 Input buffer为空；

     2发送Write 8042 Output Port （P2）命令到8042 Input buffer；

     3等待8042 Input buffer为空；

     4将8042 Output Port（P2）得到字节的第2位置1，然后写入8042 Input buffer；

     

     初始化GDT表

     将CR0的标志位置1即可进入保护模式

练习4：分析bootloader加载ELF格式的OS的过程

    

    

    读取磁盘扇区

    

    

    根据elf文件的头文部e_magic和一个固定值比较，如果一样那么此文件就是elf文件

练习5：实现函数调用堆栈跟踪函数

    修改kdebug.c中的函数

    

    

    成功打印出

练习6：完善中断初始化和处理

    

    中断描述符表一个表项占8字节。其中0~15位和48~63位分别为offset的低16位和高16位。16~31位为段选择子。

    

    

    结果成功打印