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@ -1,9 +1,11 @@ |
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Lab1 report |
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[练习1] |
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= Lab1 report = |
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== [练习1] == |
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[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 |
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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) |
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``` |
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bin/ucore.img |
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| 生成ucore.img的相关代码为 |
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| $(UCOREIMG): $(kernel) $(bootblock) |
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@ -137,6 +139,7 @@ bin/ucore.img |
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| 从第二个块开始写kernel中的内容 |
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| dd if=bin/kernel of=bin/ucore.img seek=1 conv=notrunc |
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``` |
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[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? |
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@ -146,28 +149,37 @@ bin/ucore.img |
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[练习2] |
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== [练习2] == |
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[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。 |
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通过改写Makefile文件 () |
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|
通过改写Makefile文件 |
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``` |
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|
debug: $(UCOREIMG) |
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$(V)$(TERMINAL) -e "$(QEMU) -S -s -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log -parallel stdio -hda $< -serial null" |
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$(V)sleep 2 |
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$(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -tui -x tools/gdbinit" |
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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。 |
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为防止qemu在gdb连接后立即开始执行,删除了tools/gdbinit中的"continue"行。 |
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``` |
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|
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。 |
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|
为防止qemu在gdb连接后立即开始执行,删除了`tools/gdbinit`中的`continue`行。 |
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[练习2.2] 在初始化位置0x7c00 设置实地址断点,测试断点正常。 |
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在tools/gdbinit结尾加上 |
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``` |
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set architecture i8086 //设置当前调试的CPU是8086 |
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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 |
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c //continue简称,表示继续执行 |
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x /2i $pc //显示当前eip处的汇编指令 |
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set architecture i386 //设置当前调试的CPU是80386 |
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``` |
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|
运行"make debug"便可得到 |
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``` |
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|
Breakpoint 2, 0x00007c00 in ?? () |
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|
=> 0x7c00: cli |
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|
0x7c01: cld |
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@ -179,15 +191,20 @@ bin/ucore.img |
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|
0x7c0c: test $0x2,%al |
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0x7c0e: jne 0x7c0a |
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0x7c10: mov $0xd1,%al |
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``` |
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|
[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。 |
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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。 |
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|
在tools/gdbinit结尾加上 |
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``` |
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|
b *0x7c00 |
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|
c |
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|
x /10i $pc |
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|
``` |
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|
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|
|
便可以在q.log中读到"call bootmain"前执行的命令 |
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|
``` |
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|
|
---------------- |
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|
|
IN: |
|
|
|
0x00007c00: cli |
|
|
@ -257,13 +274,17 @@ bin/ucore.img |
|
|
|
---------------- |
|
|
|
IN: |
|
|
|
0x00007d0d: push %ebp |
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|
``` |
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|
|
其与bootasm.S和bootblock.asm中的代码相同。 |
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[练习3] 分析bootloader 进入保护模式的过程。 |
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== [练习3] == |
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|
分析bootloader 进入保护模式的过程。 |
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|
从%cs=0 $pc=0x7c00,进入后 |
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|
从`%cs=0 $pc=0x7c00`,进入后 |
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|
首先清理环境:包括将flag置0和将段寄存器置0 |
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``` |
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|
.code16 |
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|
cli |
|
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|
cld |
|
|
@ -271,9 +292,11 @@ bin/ucore.img |
|
|
|
movw %ax, %ds |
|
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|
movw %ax, %es |
|
|
|
movw %ax, %ss |
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|
``` |
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|
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, |
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|
可以访问4G的内存空间。 |
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|
``` |
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|
seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙 |
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|
inb $0x64, %al # |
|
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|
testb $0x2, %al # |
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|
@ -289,21 +312,29 @@ bin/ucore.img |
|
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|
movb $0xdf, %al # 打开A20 |
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|
outb %al, $0x60 # |
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``` |
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|
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 |
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``` |
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|
lgdt gdtdesc |
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``` |
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|
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 |
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|
``` |
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|
movl %cr0, %eax |
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|
orl $CR0_PE_ON, %eax |
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|
movl %eax, %cr0 |
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|
``` |
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|
通过长跳转更新cs的基地址 |
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|
ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg |
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|
``` |
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|
|
ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg |
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|
|
.code32 |
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|
protcseg: |
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|
``` |
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|
|
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|
设置段寄存器,并建立堆栈 |
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|
``` |
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|
|
movw $PROT_MODE_DSEG, %ax |
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|
movw %ax, %ds |
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|
|
movw %ax, %es |
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|
@ -312,16 +343,19 @@ bin/ucore.img |
|
|
|
movw %ax, %ss |
|
|
|
movl $0x0, %ebp |
|
|
|
movl $start, %esp |
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|
``` |
|
|
|
转到保护模式完成,进入boot主方法 |
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|
|
``` |
|
|
|
call bootmain |
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|
|
``` |
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[练习4] :分析bootloader加载ELF格式的OS的过程。 |
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== [练习4] == |
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|
分析bootloader加载ELF格式的OS的过程。 |
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首先看readsect函数, |
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|
readsect从设备的第secno扇区读取数据到dst位置 |
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|
`readsect`从设备的第secno扇区读取数据到dst位置 |
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|
``` |
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|
static void |
|
|
|
readsect(void *dst, uint32_t secno) { |
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|
|
waitdisk(); |
|
|
@ -343,8 +377,10 @@ readsect从设备的第secno扇区读取数据到dst位置 |
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|
|
insl(0x1F0, dst, SECTSIZE / 4); // 读取到dst位置, |
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|
// 幻数4因为这里以DW为单位 |
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|
} |
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|
``` |
|
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|
|
readseg简单包装了readsect,可以从设备读取任意长度的内容。 |
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|
``` |
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|
|
static void |
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|
|
readseg(uintptr_t va, uint32_t count, uint32_t offset) { |
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|
uintptr_t end_va = va + count; |
|
|
@ -359,9 +395,10 @@ readseg简单包装了readsect,可以从设备读取任意长度的内容。 |
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|
|
readsect((void *)va, secno); |
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|
|
} |
|
|
|
} |
|
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|
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|
``` |
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|
|
|
|
|
在bootmain函数中, |
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``` |
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|
void |
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|
bootmain(void) { |
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|
|
// 首先读取ELF的头部 |
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|
@ -394,7 +431,7 @@ readseg简单包装了readsect,可以从设备读取任意长度的内容。 |
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|
outw(0x8A00, 0x8E00); |
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|
|
while (1); |
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|
} |
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|
``` |
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|
[练习5] 实现函数调用堆栈跟踪函数 |
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@ -403,16 +440,20 @@ ss:ebp指向的堆栈位置储存着caller的ebp,以此为线索可以得到 |
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|
ss:ebp+4指向caller调用时的eip,ss:ebp+8等是(可能的)参数。 |
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|
输出中,堆栈最深一层为 |
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``` |
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ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d68 \ |
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args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f |
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<unknow>: -- 0x00007d67 -- |
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``` |
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其对应的是第一个使用堆栈的函数,bootmain.c中的bootmain。 |
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bootloader设置的堆栈从0x7c00开始,使用"call bootmain"转入bootmain函数。 |
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call指令压栈,所以bootmain中ebp为0x7bf8。 |
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[练习6] 完善中断初始化和处理 |
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== [练习6] == |
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|
完善中断初始化和处理 |
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[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? |
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@ -420,13 +461,17 @@ call指令压栈,所以bootmain中ebp为0x7bf8。 |
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|
两者联合便是中断处理程序的入口地址。 |
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[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。 |
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见代码 |
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[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 |
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见代码 |
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[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), |
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== [练习7] == |
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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), |
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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 |
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在idt_init中,将用户态调用SWITCH_TOK中断的权限打开。 |
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@ -434,18 +479,24 @@ call指令压栈,所以bootmain中ebp为0x7bf8。 |
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在trap_dispatch中,将iret时会从堆栈弹出的段寄存器进行修改 |
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对TO User |
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``` |
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|
tf->tf_cs = USER_CS; |
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tf->tf_ds = USER_DS; |
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tf->tf_es = USER_DS; |
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|
tf->tf_ss = USER_DS; |
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``` |
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对TO Kernel |
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``` |
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|
tf->tf_cs = KERNEL_CS; |
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|
tf->tf_ds = KERNEL_DS; |
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|
|
tf->tf_es = KERNEL_DS; |
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|
``` |
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|
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|
|
在lab1_switch_to_user中,调用T_SWITCH_TOU中断。 |
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|
|
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。 |
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|
|
所以要先把栈压两位,并在从中断返回后修复esp。 |
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|
``` |
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|
|
asm volatile ( |
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|
"sub $0x8, %%esp \n" |
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|
"int %0 \n" |
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|
@ -453,17 +504,21 @@ call指令压栈,所以bootmain中ebp为0x7bf8。 |
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|
|
: |
|
|
|
: "i"(T_SWITCH_TOU) |
|
|
|
); |
|
|
|
``` |
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|
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|
|
|
|
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。 |
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|
|
``` |
|
|
|
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。 |
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|
``` |
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|
|
tf->tf_eflags |= 0x3000; |
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|
``` |
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|
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