From 2ed35af13e4d71f0953ed6a9f8559c4fc72485b5 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: yuchen Date: Mon, 9 Mar 2015 21:31:08 +0800 Subject: [PATCH] rename report.md --- labcodes_answer/lab1_result/report.md | 469 +++++++++++++++++++++++++++++++++ labcodes_answer/lab1_result/report.txt | 469 --------------------------------- 2 files changed, 469 insertions(+), 469 deletions(-) create mode 100644 labcodes_answer/lab1_result/report.md delete mode 100644 labcodes_answer/lab1_result/report.txt diff --git a/labcodes_answer/lab1_result/report.md b/labcodes_answer/lab1_result/report.md new file mode 100644 index 0000000..8dd4b76 --- /dev/null +++ b/labcodes_answer/lab1_result/report.md @@ -0,0 +1,469 @@ +Lab1 report +[练习1] + +[练习1.1] 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) + +bin/ucore.img +| 生成ucore.img的相关代码为 +| $(UCOREIMG): $(kernel) $(bootblock) +| $(V)dd if=/dev/zero of=$@ count=10000 +| $(V)dd if=$(bootblock) of=$@ conv=notrunc +| $(V)dd if=$(kernel) of=$@ seek=1 conv=notrunc +| +| 为了生成ucore.img，首先需要生成bootblock、kernel +| +|> bin/bootblock +| | 生成bootblock的相关代码为 +| | $(bootblock): $(call toobj,$(bootfiles)) | $(call totarget,sign) +| | @echo + ld $@ +| | $(V)$(LD) $(LDFLAGS) -N -e start -Ttext 0x7C00 $^ \ +| | -o $(call toobj,bootblock) +| | @$(OBJDUMP) -S $(call objfile,bootblock) > \ +| | $(call asmfile,bootblock) +| | @$(OBJCOPY) -S -O binary $(call objfile,bootblock) \ +| | $(call outfile,bootblock) +| | @$(call totarget,sign) $(call outfile,bootblock) $(bootblock) +| | +| | 为了生成bootblock，首先需要生成bootasm.o、bootmain.o、sign +| | +| |> obj/boot/bootasm.o, obj/boot/bootmain.o +| | | 生成bootasm.o,bootmain.o的相关makefile代码为 +| | | bootfiles = $(call listf_cc,boot) +| | | $(foreach f,$(bootfiles),$(call cc_compile,$(f),$(CC),\ +| | | $(CFLAGS) -Os -nostdinc)) +| | | 实际代码由宏批量生成 +| | | +| | | 生成bootasm.o需要bootasm.S +| | | 实际命令为 +| | | gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs \ +| | | -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc \ +| | | -c boot/bootasm.S -o obj/boot/bootasm.o +| | | 其中关键的参数为 +| | | -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 +| | | -Os 为减小代码大小而进行优化 +| | | -I 添加搜索头文件的路径 +| | | +| | | 生成bootmain.o需要bootmain.c +| | | 实际命令为 +| | | gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc \ +| | | -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc \ +| | | -c boot/bootmain.c -o obj/boot/bootmain.o +| | | 新出现的关键参数有 +| | | -fno-builtin 除非用__builtin_前缀， +| | | 否则不进行builtin函数的优化 +| | +| |> bin/sign +| | | 生成sign工具的makefile代码为 +| | | $(call add_files_host,tools/sign.c,sign,sign) +| | | $(call create_target_host,sign,sign) +| | | +| | | 实际命令为 +| | | gcc -Itools/ -g -Wall -O2 -c tools/sign.c \ +| | | -o obj/sign/tools/sign.o +| | | gcc -g -Wall -O2 obj/sign/tools/sign.o -o bin/sign +| | +| | 首先生成bootblock.o +| | ld -m elf_i386 -nostdlib -N -e start -Ttext 0x7C00 \ +| | obj/boot/bootasm.o obj/boot/bootmain.o -o obj/bootblock.o +| | 其中关键的参数为 +| | -m 模拟为i386上的连接器 +| | -nostdlib 不使用标准库 +| | -N 设置代码段和数据段均可读写 +| | -e 指定入口 +| | -Ttext 制定代码段开始位置 +| | +| | 拷贝二进制代码bootblock.o到bootblock.out +| | objcopy -S -O binary obj/bootblock.o obj/bootblock.out +| | 其中关键的参数为 +| | -S 移除所有符号和重定位信息 +| | -O 指定输出格式 +| | +| | 使用sign工具处理bootblock.out，生成bootblock +| | bin/sign obj/bootblock.out bin/bootblock +| +|> bin/kernel +| | 生成kernel的相关代码为 +| | $(kernel): tools/kernel.ld +| | $(kernel): $(KOBJS) +| | @echo + ld $@ +| | $(V)$(LD) $(LDFLAGS) -T tools/kernel.ld -o $@ $(KOBJS) +| | @$(OBJDUMP) -S $@ > $(call asmfile,kernel) +| | @$(OBJDUMP) -t $@ | $(SED) '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; \ +| | /^$$/d' > $(call symfile,kernel) +| | +| | 为了生成kernel，首先需要 kernel.ld init.o readline.o stdio.o kdebug.o +| | kmonitor.o panic.o clock.o console.o intr.o picirq.o trap.o +| | trapentry.o vectors.o pmm.o printfmt.o string.o +| | kernel.ld已存在 +| | +| |> obj/kern/*/*.o +| | | 生成这些.o文件的相关makefile代码为 +| | | $(call add_files_cc,$(call listf_cc,$(KSRCDIR)),kernel,\ +| | | $(KCFLAGS)) +| | | 这些.o生成方式和参数均类似，仅举init.o为例，其余不赘述 +| |> obj/kern/init/init.o +| | | 编译需要init.c +| | | 实际命令为 +| | | gcc -Ikern/init/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 \ +| | | -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector \ +| | | -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ \ +| | | -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/init/init.c \ +| | | -o obj/kern/init/init.o +| | +| | 生成kernel时，makefile的几条指令中有@前缀的都不必需 +| | 必需的命令只有 +| | ld -m elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel \ +| | obj/kern/init/init.o obj/kern/libs/readline.o \ +| | obj/kern/libs/stdio.o obj/kern/debug/kdebug.o \ +| | obj/kern/debug/kmonitor.o obj/kern/debug/panic.o \ +| | obj/kern/driver/clock.o obj/kern/driver/console.o \ +| | obj/kern/driver/intr.o obj/kern/driver/picirq.o \ +| | obj/kern/trap/trap.o obj/kern/trap/trapentry.o \ +| | obj/kern/trap/vectors.o obj/kern/mm/pmm.o \ +| | obj/libs/printfmt.o obj/libs/string.o +| | 其中新出现的关键参数为 +| | -T 让连接器使用指定的脚本 +| +| 生成一个有10000个块的文件，每个块默认512字节，用0填充 +| dd if=/dev/zero of=bin/ucore.img count=10000 +| +| 把bootblock中的内容写到第一个块 +| dd if=bin/bootblock of=bin/ucore.img conv=notrunc +| +| 从第二个块开始写kernel中的内容 +| dd if=bin/kernel of=bin/ucore.img seek=1 conv=notrunc + +[练习1.2] 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? + +从sign.c的代码来看，一个磁盘主引导扇区只有512字节。且 +第510个（倒数第二个）字节是0x55， +第511个（倒数第一个）字节是0xAA。 + + + +[练习2] + +[练习2.1] 从 CPU 加电后执行的第一条指令开始,单步跟踪 BIOS 的执行。 + +通过改写Makefile文件 () + debug: $(UCOREIMG) + $(V)$(TERMINAL) -e "$(QEMU) -S -s -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log -parallel stdio -hda $< -serial null" + $(V)sleep 2 + $(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -tui -x tools/gdbinit" +在调用qemu时增加-d in_asm -D q.log参数，便可以将运行的汇编指令保存在q.log中。 +为防止qemu在gdb连接后立即开始执行，删除了tools/gdbinit中的"continue"行。 + +[练习2.2] 在初始化位置0x7c00 设置实地址断点,测试断点正常。 + +在tools/gdbinit结尾加上 + set architecture i8086 //设置当前调试的CPU是8086 + b *0x7c00 //在0x7c00处设置断点。此地址是bootloader入口点地址，可看boot/bootasm.S的start地址处 + c //continue简称，表示继续执行 + x /2i $pc //显示当前eip处的汇编指令 + set architecture i386 //设置当前调试的CPU是80386 + +运行"make debug"便可得到 + Breakpoint 2, 0x00007c00 in ?? () + => 0x7c00: cli + 0x7c01: cld + 0x7c02: xor %eax,%eax + 0x7c04: mov %eax,%ds + 0x7c06: mov %eax,%es + 0x7c08: mov %eax,%ss + 0x7c0a: in $0x64,%al + 0x7c0c: test $0x2,%al + 0x7c0e: jne 0x7c0a + 0x7c10: mov $0xd1,%al + +[练习2.3] 在调用qemu 时增加-d in_asm -D q.log 参数，便可以将运行的汇编指令保存在q.log 中。 +将执行的汇编代码与bootasm.S 和 bootblock.asm 进行比较，看看二者是否一致。 + +在tools/gdbinit结尾加上 + b *0x7c00 + c + x /10i $pc +便可以在q.log中读到"call bootmain"前执行的命令 + ---------------- + IN: + 0x00007c00: cli + + ---------------- + IN: + 0x00007c01: cld + 0x00007c02: xor %ax,%ax + 0x00007c04: mov %ax,%ds + 0x00007c06: mov %ax,%es + 0x00007c08: mov %ax,%ss + + ---------------- + IN: + 0x00007c0a: in $0x64,%al + + ---------------- + IN: + 0x00007c0c: test $0x2,%al + 0x00007c0e: jne 0x7c0a + + ---------------- + IN: + 0x00007c10: mov $0xd1,%al + 0x00007c12: out %al,$0x64 + 0x00007c14: in $0x64,%al + 0x00007c16: test $0x2,%al + 0x00007c18: jne 0x7c14 + + ---------------- + IN: + 0x00007c1a: mov $0xdf,%al + 0x00007c1c: out %al,$0x60 + 0x00007c1e: lgdtw 0x7c6c + 0x00007c23: mov %cr0,%eax + 0x00007c26: or $0x1,%eax + 0x00007c2a: mov %eax,%cr0 + + ---------------- + IN: + 0x00007c2d: ljmp $0x8,$0x7c32 + + ---------------- + IN: + 0x00007c32: mov $0x10,%ax + 0x00007c36: mov %eax,%ds + + ---------------- + IN: + 0x00007c38: mov %eax,%es + + ---------------- + IN: + 0x00007c3a: mov %eax,%fs + 0x00007c3c: mov %eax,%gs + 0x00007c3e: mov %eax,%ss + + ---------------- + IN: + 0x00007c40: mov $0x0,%ebp + + ---------------- + IN: + 0x00007c45: mov $0x7c00,%esp + 0x00007c4a: call 0x7d0d + + ---------------- + IN: + 0x00007d0d: push %ebp +其与bootasm.S和bootblock.asm中的代码相同。 + +[练习3] 分析bootloader 进入保护模式的过程。 + +从%cs=0 $pc=0x7c00，进入后 + +首先清理环境：包括将flag置0和将段寄存器置0 + .code16 + cli + cld + xorw %ax, %ax + movw %ax, %ds + movw %ax, %es + movw %ax, %ss + +开启A20：通过将键盘控制器上的A20线置于高电位，全部32条地址线可用， +可以访问4G的内存空间。 + seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙 + inb $0x64, %al # + testb $0x2, %al # + jnz seta20.1 # + + movb $0xd1, %al # 发送写8042输出端口的指令 + outb %al, $0x64 # + + seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙 + inb $0x64, %al # + testb $0x2, %al # + jnz seta20.1 # + + movb $0xdf, %al # 打开A20 + outb %al, $0x60 # + +初始化GDT表：一个简单的GDT表和其描述符已经静态储存在引导区中，载入即可 + lgdt gdtdesc + +进入保护模式：通过将cr0寄存器PE位置1便开启了保护模式 + movl %cr0, %eax + orl $CR0_PE_ON, %eax + movl %eax, %cr0 + +通过长跳转更新cs的基地址 + ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg + .code32 + protcseg: + +设置段寄存器，并建立堆栈 + movw $PROT_MODE_DSEG, %ax + movw %ax, %ds + movw %ax, %es + movw %ax, %fs + movw %ax, %gs + movw %ax, %ss + movl $0x0, %ebp + movl $start, %esp + +转到保护模式完成，进入boot主方法 + call bootmain + + + +[练习4] ：分析bootloader加载ELF格式的OS的过程。 + +首先看readsect函数， +readsect从设备的第secno扇区读取数据到dst位置 + static void + readsect(void *dst, uint32_t secno) { + waitdisk(); + + outb(0x1F2, 1); // 设置读取扇区的数目为1 + outb(0x1F3, secno & 0xFF); + outb(0x1F4, (secno >> 8) & 0xFF); + outb(0x1F5, (secno >> 16) & 0xFF); + outb(0x1F6, ((secno >> 24) & 0xF) | 0xE0); + // 上面四条指令联合制定了扇区号 + // 在这4个字节线联合构成的32位参数中 + // 29-31位强制设为1 + // 28位(=0)表示访问"Disk 0" + // 0-27位是28位的偏移量 + outb(0x1F7, 0x20); // 0x20命令，读取扇区 + + waitdisk(); + + insl(0x1F0, dst, SECTSIZE / 4); // 读取到dst位置， + // 幻数4因为这里以DW为单位 + } + +readseg简单包装了readsect，可以从设备读取任意长度的内容。 + static void + readseg(uintptr_t va, uint32_t count, uint32_t offset) { + uintptr_t end_va = va + count; + + va -= offset % SECTSIZE; + + uint32_t secno = (offset / SECTSIZE) + 1; + // 加1因为0扇区被引导占用 + // ELF文件从1扇区开始 + + for (; va < end_va; va += SECTSIZE, secno ++) { + readsect((void *)va, secno); + } + } + + +在bootmain函数中， + void + bootmain(void) { + // 首先读取ELF的头部 + readseg((uintptr_t)ELFHDR, SECTSIZE * 8, 0); + + // 通过储存在头部的幻数判断是否是合法的ELF文件 + if (ELFHDR->e_magic != ELF_MAGIC) { + goto bad; + } + + struct proghdr *ph, *eph; + + // ELF头部有描述ELF文件应加载到内存什么位置的描述表， + // 先将描述表的头地址存在ph + ph = (struct proghdr *)((uintptr_t)ELFHDR + ELFHDR->e_phoff); + eph = ph + ELFHDR->e_phnum; + + // 按照描述表将ELF文件中数据载入内存 + for (; ph < eph; ph ++) { + readseg(ph->p_va & 0xFFFFFF, ph->p_memsz, ph->p_offset); + } + // ELF文件0x1000位置后面的0xd1ec比特被载入内存0x00100000 + // ELF文件0xf000位置后面的0x1d20比特被载入内存0x0010e000 + + // 根据ELF头部储存的入口信息，找到内核的入口 + ((void (*)(void))(ELFHDR->e_entry & 0xFFFFFF))(); + + bad: + outw(0x8A00, 0x8A00); + outw(0x8A00, 0x8E00); + while (1); + } + + + +[练习5] 实现函数调用堆栈跟踪函数 + +ss:ebp指向的堆栈位置储存着caller的ebp，以此为线索可以得到所有使用堆栈的函数ebp。 +ss:ebp+4指向caller调用时的eip，ss:ebp+8等是（可能的）参数。 + +输出中，堆栈最深一层为 + ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d68 \ + args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f + : -- 0x00007d67 -- +其对应的是第一个使用堆栈的函数，bootmain.c中的bootmain。 +bootloader设置的堆栈从0x7c00开始，使用"call bootmain"转入bootmain函数。 +call指令压栈，所以bootmain中ebp为0x7bf8。 + + + +[练习6] 完善中断初始化和处理 + +[练习6.1] 中断向量表中一个表项占多少字节？其中哪几位代表中断处理代码的入口？ + +中断向量表一个表项占用8字节，其中2-3字节是段选择子，0-1字节和6-7字节拼成位移， +两者联合便是中断处理程序的入口地址。 + +[练习6.2] 请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。 +见代码 + +[练习6.3] 请编程完善trap.c中的中断处理函数trap，在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数 +见代码 + + +[练习7] 增加syscall功能，即增加一用户态函数（可执行一特定系统调用：获得时钟计数值）， +当内核初始完毕后，可从内核态返回到用户态的函数，而用户态的函数又通过系统调用得到内核态的服务 + +在idt_init中，将用户态调用SWITCH_TOK中断的权限打开。 + SETGATE(idt[T_SWITCH_TOK], 1, KERNEL_CS, __vectors[T_SWITCH_TOK], 3); + +在trap_dispatch中，将iret时会从堆栈弹出的段寄存器进行修改 + 对TO User + tf->tf_cs = USER_CS; + tf->tf_ds = USER_DS; + tf->tf_es = USER_DS; + tf->tf_ss = USER_DS; + 对TO Kernel + tf->tf_cs = KERNEL_CS; + tf->tf_ds = KERNEL_DS; + tf->tf_es = KERNEL_DS; + +在lab1_switch_to_user中，调用T_SWITCH_TOU中断。 +注意从中断返回时，会多pop两位，并用这两位的值更新ss,sp，损坏堆栈。 +所以要先把栈压两位，并在从中断返回后修复esp。 + asm volatile ( + "sub $0x8, %%esp \n" + "int %0 \n" + "movl %%ebp, %%esp" + : + : "i"(T_SWITCH_TOU) + ); + +在lab1_switch_to_kernel中，调用T_SWITCH_TOK中断。 +注意从中断返回时，esp仍在TSS指示的堆栈中。所以要在从中断返回后修复esp。 + asm volatile ( + "int %0 \n" + "movl %%ebp, %%esp \n" + : + : "i"(T_SWITCH_TOK) + ); + +但这样不能正常输出文本。根据提示，在trap_dispatch中转User态时，将调用io所需权限降低。 + tf->tf_eflags |= 0x3000; + + diff --git a/labcodes_answer/lab1_result/report.txt b/labcodes_answer/lab1_result/report.txt deleted file mode 100644 index 8dd4b76..0000000 --- a/labcodes_answer/lab1_result/report.txt +++ /dev/null @@ -1,469 +0,0 @@ -Lab1 report -[练习1] - -[练习1.1] 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) - -bin/ucore.img -| 生成ucore.img的相关代码为 -| $(UCOREIMG): $(kernel) $(bootblock) -| $(V)dd if=/dev/zero of=$@ count=10000 -| $(V)dd if=$(bootblock) of=$@ conv=notrunc -| $(V)dd if=$(kernel) of=$@ seek=1 conv=notrunc -| -| 为了生成ucore.img，首先需要生成bootblock、kernel -| -|> bin/bootblock -| | 生成bootblock的相关代码为 -| | $(bootblock): $(call toobj,$(bootfiles)) | $(call totarget,sign) -| | @echo + ld $@ -| | $(V)$(LD) $(LDFLAGS) -N -e start -Ttext 0x7C00 $^ \ -| | -o $(call toobj,bootblock) -| | @$(OBJDUMP) -S $(call objfile,bootblock) > \ -| | $(call asmfile,bootblock) -| | @$(OBJCOPY) -S -O binary $(call objfile,bootblock) \ -| | $(call outfile,bootblock) -| | @$(call totarget,sign) $(call outfile,bootblock) $(bootblock) -| | -| | 为了生成bootblock，首先需要生成bootasm.o、bootmain.o、sign -| | -| |> obj/boot/bootasm.o, obj/boot/bootmain.o -| | | 生成bootasm.o,bootmain.o的相关makefile代码为 -| | | bootfiles = $(call listf_cc,boot) -| | | $(foreach f,$(bootfiles),$(call cc_compile,$(f),$(CC),\ -| | | $(CFLAGS) -Os -nostdinc)) -| | | 实际代码由宏批量生成 -| | | -| | | 生成bootasm.o需要bootasm.S -| | | 实际命令为 -| | | gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs \ -| | | -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc \ -| | | -c boot/bootasm.S -o obj/boot/bootasm.o -| | | 其中关键的参数为 -| | | -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 -| | | -Os 为减小代码大小而进行优化 -| | | -I 添加搜索头文件的路径 -| | | -| | | 生成bootmain.o需要bootmain.c -| | | 实际命令为 -| | | gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc \ -| | | -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc \ -| | | -c boot/bootmain.c -o obj/boot/bootmain.o -| | | 新出现的关键参数有 -| | | -fno-builtin 除非用__builtin_前缀， -| | | 否则不进行builtin函数的优化 -| | -| |> bin/sign -| | | 生成sign工具的makefile代码为 -| | | $(call add_files_host,tools/sign.c,sign,sign) -| | | $(call create_target_host,sign,sign) -| | | -| | | 实际命令为 -| | | gcc -Itools/ -g -Wall -O2 -c tools/sign.c \ -| | | -o obj/sign/tools/sign.o -| | | gcc -g -Wall -O2 obj/sign/tools/sign.o -o bin/sign -| | -| | 首先生成bootblock.o -| | ld -m elf_i386 -nostdlib -N -e start -Ttext 0x7C00 \ -| | obj/boot/bootasm.o obj/boot/bootmain.o -o obj/bootblock.o -| | 其中关键的参数为 -| | -m 模拟为i386上的连接器 -| | -nostdlib 不使用标准库 -| | -N 设置代码段和数据段均可读写 -| | -e 指定入口 -| | -Ttext 制定代码段开始位置 -| | -| | 拷贝二进制代码bootblock.o到bootblock.out -| | objcopy -S -O binary obj/bootblock.o obj/bootblock.out -| | 其中关键的参数为 -| | -S 移除所有符号和重定位信息 -| | -O 指定输出格式 -| | -| | 使用sign工具处理bootblock.out，生成bootblock -| | bin/sign obj/bootblock.out bin/bootblock -| -|> bin/kernel -| | 生成kernel的相关代码为 -| | $(kernel): tools/kernel.ld -| | $(kernel): $(KOBJS) -| | @echo + ld $@ -| | $(V)$(LD) $(LDFLAGS) -T tools/kernel.ld -o $@ $(KOBJS) -| | @$(OBJDUMP) -S $@ > $(call asmfile,kernel) -| | @$(OBJDUMP) -t $@ | $(SED) '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; \ -| | /^$$/d' > $(call symfile,kernel) -| | -| | 为了生成kernel，首先需要 kernel.ld init.o readline.o stdio.o kdebug.o -| | kmonitor.o panic.o clock.o console.o intr.o picirq.o trap.o -| | trapentry.o vectors.o pmm.o printfmt.o string.o -| | kernel.ld已存在 -| | -| |> obj/kern/*/*.o -| | | 生成这些.o文件的相关makefile代码为 -| | | $(call add_files_cc,$(call listf_cc,$(KSRCDIR)),kernel,\ -| | | $(KCFLAGS)) -| | | 这些.o生成方式和参数均类似，仅举init.o为例，其余不赘述 -| |> obj/kern/init/init.o -| | | 编译需要init.c -| | | 实际命令为 -| | | gcc -Ikern/init/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 \ -| | | -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector \ -| | | -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ \ -| | | -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/init/init.c \ -| | | -o obj/kern/init/init.o -| | -| | 生成kernel时，makefile的几条指令中有@前缀的都不必需 -| | 必需的命令只有 -| | ld -m elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel \ -| | obj/kern/init/init.o obj/kern/libs/readline.o \ -| | obj/kern/libs/stdio.o obj/kern/debug/kdebug.o \ -| | obj/kern/debug/kmonitor.o obj/kern/debug/panic.o \ -| | obj/kern/driver/clock.o obj/kern/driver/console.o \ -| | obj/kern/driver/intr.o obj/kern/driver/picirq.o \ -| | obj/kern/trap/trap.o obj/kern/trap/trapentry.o \ -| | obj/kern/trap/vectors.o obj/kern/mm/pmm.o \ -| | obj/libs/printfmt.o obj/libs/string.o -| | 其中新出现的关键参数为 -| | -T 让连接器使用指定的脚本 -| -| 生成一个有10000个块的文件，每个块默认512字节，用0填充 -| dd if=/dev/zero of=bin/ucore.img count=10000 -| -| 把bootblock中的内容写到第一个块 -| dd if=bin/bootblock of=bin/ucore.img conv=notrunc -| -| 从第二个块开始写kernel中的内容 -| dd if=bin/kernel of=bin/ucore.img seek=1 conv=notrunc - -[练习1.2] 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? - -从sign.c的代码来看，一个磁盘主引导扇区只有512字节。且 -第510个（倒数第二个）字节是0x55， -第511个（倒数第一个）字节是0xAA。 - - - -[练习2] - -[练习2.1] 从 CPU 加电后执行的第一条指令开始,单步跟踪 BIOS 的执行。 - -通过改写Makefile文件 () - debug: $(UCOREIMG) - $(V)$(TERMINAL) -e "$(QEMU) -S -s -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log -parallel stdio -hda $< -serial null" - $(V)sleep 2 - $(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -tui -x tools/gdbinit" -在调用qemu时增加-d in_asm -D q.log参数，便可以将运行的汇编指令保存在q.log中。 -为防止qemu在gdb连接后立即开始执行，删除了tools/gdbinit中的"continue"行。 - -[练习2.2] 在初始化位置0x7c00 设置实地址断点,测试断点正常。 - -在tools/gdbinit结尾加上 - set architecture i8086 //设置当前调试的CPU是8086 - b *0x7c00 //在0x7c00处设置断点。此地址是bootloader入口点地址，可看boot/bootasm.S的start地址处 - c //continue简称，表示继续执行 - x /2i $pc //显示当前eip处的汇编指令 - set architecture i386 //设置当前调试的CPU是80386 - -运行"make debug"便可得到 - Breakpoint 2, 0x00007c00 in ?? () - => 0x7c00: cli - 0x7c01: cld - 0x7c02: xor %eax,%eax - 0x7c04: mov %eax,%ds - 0x7c06: mov %eax,%es - 0x7c08: mov %eax,%ss - 0x7c0a: in $0x64,%al - 0x7c0c: test $0x2,%al - 0x7c0e: jne 0x7c0a - 0x7c10: mov $0xd1,%al - -[练习2.3] 在调用qemu 时增加-d in_asm -D q.log 参数，便可以将运行的汇编指令保存在q.log 中。 -将执行的汇编代码与bootasm.S 和 bootblock.asm 进行比较，看看二者是否一致。 - -在tools/gdbinit结尾加上 - b *0x7c00 - c - x /10i $pc -便可以在q.log中读到"call bootmain"前执行的命令 - ---------------- - IN: - 0x00007c00: cli - - ---------------- - IN: - 0x00007c01: cld - 0x00007c02: xor %ax,%ax - 0x00007c04: mov %ax,%ds - 0x00007c06: mov %ax,%es - 0x00007c08: mov %ax,%ss - - ---------------- - IN: - 0x00007c0a: in $0x64,%al - - ---------------- - IN: - 0x00007c0c: test $0x2,%al - 0x00007c0e: jne 0x7c0a - - ---------------- - IN: - 0x00007c10: mov $0xd1,%al - 0x00007c12: out %al,$0x64 - 0x00007c14: in $0x64,%al - 0x00007c16: test $0x2,%al - 0x00007c18: jne 0x7c14 - - ---------------- - IN: - 0x00007c1a: mov $0xdf,%al - 0x00007c1c: out %al,$0x60 - 0x00007c1e: lgdtw 0x7c6c - 0x00007c23: mov %cr0,%eax - 0x00007c26: or $0x1,%eax - 0x00007c2a: mov %eax,%cr0 - - ---------------- - IN: - 0x00007c2d: ljmp $0x8,$0x7c32 - - ---------------- - IN: - 0x00007c32: mov $0x10,%ax - 0x00007c36: mov %eax,%ds - - ---------------- - IN: - 0x00007c38: mov %eax,%es - - ---------------- - IN: - 0x00007c3a: mov %eax,%fs - 0x00007c3c: mov %eax,%gs - 0x00007c3e: mov %eax,%ss - - ---------------- - IN: - 0x00007c40: mov $0x0,%ebp - - ---------------- - IN: - 0x00007c45: mov $0x7c00,%esp - 0x00007c4a: call 0x7d0d - - ---------------- - IN: - 0x00007d0d: push %ebp -其与bootasm.S和bootblock.asm中的代码相同。 - -[练习3] 分析bootloader 进入保护模式的过程。 - -从%cs=0 $pc=0x7c00，进入后 - -首先清理环境：包括将flag置0和将段寄存器置0 - .code16 - cli - cld - xorw %ax, %ax - movw %ax, %ds - movw %ax, %es - movw %ax, %ss - -开启A20：通过将键盘控制器上的A20线置于高电位，全部32条地址线可用， -可以访问4G的内存空间。 - seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙 - inb $0x64, %al # - testb $0x2, %al # - jnz seta20.1 # - - movb $0xd1, %al # 发送写8042输出端口的指令 - outb %al, $0x64 # - - seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙 - inb $0x64, %al # - testb $0x2, %al # - jnz seta20.1 # - - movb $0xdf, %al # 打开A20 - outb %al, $0x60 # - -初始化GDT表：一个简单的GDT表和其描述符已经静态储存在引导区中，载入即可 - lgdt gdtdesc - -进入保护模式：通过将cr0寄存器PE位置1便开启了保护模式 - movl %cr0, %eax - orl $CR0_PE_ON, %eax - movl %eax, %cr0 - -通过长跳转更新cs的基地址 - ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg - .code32 - protcseg: - -设置段寄存器，并建立堆栈 - movw $PROT_MODE_DSEG, %ax - movw %ax, %ds - movw %ax, %es - movw %ax, %fs - movw %ax, %gs - movw %ax, %ss - movl $0x0, %ebp - movl $start, %esp - -转到保护模式完成，进入boot主方法 - call bootmain - - - -[练习4] ：分析bootloader加载ELF格式的OS的过程。 - -首先看readsect函数， -readsect从设备的第secno扇区读取数据到dst位置 - static void - readsect(void *dst, uint32_t secno) { - waitdisk(); - - outb(0x1F2, 1); // 设置读取扇区的数目为1 - outb(0x1F3, secno & 0xFF); - outb(0x1F4, (secno >> 8) & 0xFF); - outb(0x1F5, (secno >> 16) & 0xFF); - outb(0x1F6, ((secno >> 24) & 0xF) | 0xE0); - // 上面四条指令联合制定了扇区号 - // 在这4个字节线联合构成的32位参数中 - // 29-31位强制设为1 - // 28位(=0)表示访问"Disk 0" - // 0-27位是28位的偏移量 - outb(0x1F7, 0x20); // 0x20命令，读取扇区 - - waitdisk(); - - insl(0x1F0, dst, SECTSIZE / 4); // 读取到dst位置， - // 幻数4因为这里以DW为单位 - } - -readseg简单包装了readsect，可以从设备读取任意长度的内容。 - static void - readseg(uintptr_t va, uint32_t count, uint32_t offset) { - uintptr_t end_va = va + count; - - va -= offset % SECTSIZE; - - uint32_t secno = (offset / SECTSIZE) + 1; - // 加1因为0扇区被引导占用 - // ELF文件从1扇区开始 - - for (; va < end_va; va += SECTSIZE, secno ++) { - readsect((void *)va, secno); - } - } - - -在bootmain函数中， - void - bootmain(void) { - // 首先读取ELF的头部 - readseg((uintptr_t)ELFHDR, SECTSIZE * 8, 0); - - // 通过储存在头部的幻数判断是否是合法的ELF文件 - if (ELFHDR->e_magic != ELF_MAGIC) { - goto bad; - } - - struct proghdr *ph, *eph; - - // ELF头部有描述ELF文件应加载到内存什么位置的描述表， - // 先将描述表的头地址存在ph - ph = (struct proghdr *)((uintptr_t)ELFHDR + ELFHDR->e_phoff); - eph = ph + ELFHDR->e_phnum; - - // 按照描述表将ELF文件中数据载入内存 - for (; ph < eph; ph ++) { - readseg(ph->p_va & 0xFFFFFF, ph->p_memsz, ph->p_offset); - } - // ELF文件0x1000位置后面的0xd1ec比特被载入内存0x00100000 - // ELF文件0xf000位置后面的0x1d20比特被载入内存0x0010e000 - - // 根据ELF头部储存的入口信息，找到内核的入口 - ((void (*)(void))(ELFHDR->e_entry & 0xFFFFFF))(); - - bad: - outw(0x8A00, 0x8A00); - outw(0x8A00, 0x8E00); - while (1); - } - - - -[练习5] 实现函数调用堆栈跟踪函数 - -ss:ebp指向的堆栈位置储存着caller的ebp，以此为线索可以得到所有使用堆栈的函数ebp。 -ss:ebp+4指向caller调用时的eip，ss:ebp+8等是（可能的）参数。 - -输出中，堆栈最深一层为 - ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d68 \ - args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f - : -- 0x00007d67 -- -其对应的是第一个使用堆栈的函数，bootmain.c中的bootmain。 -bootloader设置的堆栈从0x7c00开始，使用"call bootmain"转入bootmain函数。 -call指令压栈，所以bootmain中ebp为0x7bf8。 - - - -[练习6] 完善中断初始化和处理 - -[练习6.1] 中断向量表中一个表项占多少字节？其中哪几位代表中断处理代码的入口？ - -中断向量表一个表项占用8字节，其中2-3字节是段选择子，0-1字节和6-7字节拼成位移， -两者联合便是中断处理程序的入口地址。 - -[练习6.2] 请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。 -见代码 - -[练习6.3] 请编程完善trap.c中的中断处理函数trap，在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数 -见代码 - - -[练习7] 增加syscall功能，即增加一用户态函数（可执行一特定系统调用：获得时钟计数值）， -当内核初始完毕后，可从内核态返回到用户态的函数，而用户态的函数又通过系统调用得到内核态的服务 - -在idt_init中，将用户态调用SWITCH_TOK中断的权限打开。 - SETGATE(idt[T_SWITCH_TOK], 1, KERNEL_CS, __vectors[T_SWITCH_TOK], 3); - -在trap_dispatch中，将iret时会从堆栈弹出的段寄存器进行修改 - 对TO User - tf->tf_cs = USER_CS; - tf->tf_ds = USER_DS; - tf->tf_es = USER_DS; - tf->tf_ss = USER_DS; - 对TO Kernel - tf->tf_cs = KERNEL_CS; - tf->tf_ds = KERNEL_DS; - tf->tf_es = KERNEL_DS; - -在lab1_switch_to_user中，调用T_SWITCH_TOU中断。 -注意从中断返回时，会多pop两位，并用这两位的值更新ss,sp，损坏堆栈。 -所以要先把栈压两位，并在从中断返回后修复esp。 - asm volatile ( - "sub $0x8, %%esp \n" - "int %0 \n" - "movl %%ebp, %%esp" - : - : "i"(T_SWITCH_TOU) - ); - -在lab1_switch_to_kernel中，调用T_SWITCH_TOK中断。 -注意从中断返回时，esp仍在TSS指示的堆栈中。所以要在从中断返回后修复esp。 - asm volatile ( - "int %0 \n" - "movl %%ebp, %%esp \n" - : - : "i"(T_SWITCH_TOK) - ); - -但这样不能正常输出文本。根据提示，在trap_dispatch中转User态时，将调用io所需权限降低。 - tf->tf_eflags |= 0x3000; - -