操作系统_实验环境准备

“网易云课堂”—《操作系统》李治军老师—课堂笔记

实验的基本流程是根据实验要求编写应用程序、修改Linux 0.11的源代码，用gcc编译后，在Bochs的虚拟环境中运行、调试目标代码。
（本实验仅涉及在Linux环境下操作的代码，仅供个人学习）

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主要平台和工具简介

1. x86模拟器Bochs

Bochs是一个免费且开放源代码的IA-32(x86)架构PC机模拟器。在它模拟出的环境中可以运行Linux、DOS和各种版本的Windows等多种操作系统。而Bochs本身具有很高的移植性，可以运行在多种软硬件平台之上，hit-oslab已经内置了bochs。

关于Bochs的更详细的介绍请访问它的主页及Bochs使用手册。

2. GCC编译器

GCC是和Linux一起成长起来的编译器。Linux最初的版本就是由GCC编译的。现在GCC也是在自由软件领域应用最广泛的编译器。

3. GDB调试器

GDB调试器是GCC编译器的兄弟。做为自由软件领域几乎是唯一的调试器，它秉承了*nix类操作系统的一贯风格，采用纯命令行操作，有点儿类似dos下的debug。

关于它的使用方法请看GDB使用手册。

4. Ubuntu (GNU/Linux)

Ubuntu的主页是http://www.ubuntu.com/ ，这里不仅可以免费下载到iso文件，甚至能免费申领Ubuntu的安装光盘。

实验环境的工作模式

hit-oslab实验环境简称oslab，是一个压缩文件（hit-oslab-linux-20110823.tar.gz（https://download.csdn.net/download/yxh505613923/10143550）），大家可以将这个文件拷贝到自己的实验工作目录下，用tar zxvf hit-oslab-linux-20110823.tar.gz命令解压展开即可工作。oslab工作在一个宿主操作系统之上，我们使用的Linux，在宿主操作系统之上完成对Linux 0.11的开发、修改和编译之后，在linux-0.11目录下会生产一个名为Image的文件，它就是编译之后的目标文件。该文件内已经包含引导和所有内核的二进制代码。如果拿来一张软盘，从它的0扇区开始，逐字节写入Image文件的内容，就可以用这张软盘启动一台真正的计算机，并进入Linux 0.11内核。oslab采用bochs模拟器加载这个Image文件，模拟执行Linux 0.11，这样省却了重新启动计算机的麻烦。

bochs目录下是与bochs相关的执行文件、数据文件和配置文件。run是运行bochs的脚本命令。运行后bochs会自动在它的虚拟软驱A和虚拟硬盘上各挂载一个镜像文件，软驱上挂载是linux-0.11/Image，硬盘上挂载的是hdc-0.11.img。因为bochs配置文件中的设置是从软驱A启动，所以Linux 0.11会被自动加载。而Linux 0.11会驱动硬盘，并mount硬盘上的文件系统，也就是将hdc-0.11.img内镜像的文件系统挂载到0.11系统内的根目录——“/”。在0.11下访问文件系统，访问的就是hdc-0.11.img文件内虚拟的文件系统。

hdc-0.11.img文件的格式是Minix文件系统的镜像。Linux所有版本都支持这种格式的文件系统，所以可以直接在宿主Linux上通过mount命令访问此文件内的文件，达到宿主系统和bochs内运行的Linux 0.11之间交换文件的效果。Windows下目前没有（或者是还没发现）直接访问Minix文件系统的办法，所以要借助于fdb.img，这是一个1.44M软盘的镜像文件，内部是FAT12文件系统。将它挂载到bochs的软驱B，就可以在0.11中访问它。而通过filedisk或者WinImage，可以在Windows下访问它内部的文件。

hdc-0.11.img内包含有：

• Bash shell
• 一些基本的Linux命令、工具，比如cp、rm、mv、tar。
• vi编辑器
• Linux 0.11的源代码，可在0.11下编译，然后覆盖现有的二进制内核

使用方法

准备活动

$ cd ~/oslab

把当前目录切换到oslab下，用pwd命令确认，用“ls -l”列目录内容。

编译内核

“编译内核”比“编写内核”要简单得多。首先要进入linux-0.11目录，然后执行：

$ make all

因为“all”是最常用的参数，所以可以省略，只用“make”，效果一样。在多处理器的系统上，可以用-j参数进行并行编译，加快速度。例如双CPU的系统可以：

$ make -j 2

最后几行中没有“error”就说明编译成功。最后生成的目标文件是一个软盘镜像文件——linux-0.11/Image。如果将此镜像文件写到一张1.44MB的软盘上，就可以启动一台真正的计算机。

linux-0.11目录下是全部的源代码，很多实验内容都是要靠修改这些代码来完成。

修改后需要重新编译内核，还是执行命令：

$ make all

make命令会自动跳过未被修改的文件，链接时直接使用上次编译生成的目标文件，从而节约编译时间。但如果重新编译后，你的修改貌似没有生效，可以试试先“make clean”，再“make all”。“make clean”是删除上一次编译生成的所有中间文件和目标文件，确保是在全新的状态下编译整个工程。

运行和调试

在Bochs中运行最新编译好的内核很简单，在oslab目录下执行：

$ ./run

如果出现Bochs的窗口，里面显示linux的引导过程，最后停止在“[/usr/root/]#”，表示运行成功

内核调试分为两种模式：汇编级调试和C语言级调试。

汇编级调试需要执行命令：

$ ./dbg-asm

C语言级调试，首先执行如下命令：

$ ./dbg-c

然后再打开一个终端窗口，进入oslab目录后，执行：

$ ./rungdb

新终端窗口中运行的是GDB调试器。
关于gdb调试器请查阅GDB使用手册。

Ubuntu和Linux 0.11之间的文件交换

oslab下的hdc-0.11-new.img是0.11内核启动后的根文件系统镜像文件，相当于在bochs虚拟机里装载的硬盘。

$ sudo ./mount-hdc

之后，hdc目录下就是和0.11内核一模一样的文件系统了，可以读写任何文件（可能有些文件要用sudo才能访问）。读写完毕，不要忘了卸载这个文件系统：

$ sudo umount hdc

经过sudo ./mount-hdc这样处理以后，我们可以在Ubuntu的hdc目录下创建一个xxx.c文件，然后利用Ubuntu上的编辑工具（如gedit等）实现对xxx.c文件的编辑工作，在编辑保存以后。执行sudo umount hdc后，再进入Linux 0.11（即run启动bochs以后）就会看到这个xxx.c。

注意1：不要在0.11内核运行的时候mount镜像文件，否则可能会损坏文件系统。同理，也不要在已经mount的时候运行0.11内核。
注意2：在关闭Bochs之前，需要先在0.11的命令行运行“sync”，确保所有缓存数据都存盘后，再关闭Bochs。

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（参考实验楼—操作系统实验步骤
https://www.shiyanlou.com/courses/115/labs/374/document）