update lab1 report
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yuchen
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2ed35af13e
commit
8cf7875006
@ -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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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:
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0x00007c00: cli
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@ -257,13 +274,17 @@ bin/ucore.img
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----------------
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IN:
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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
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@ -271,9 +292,11 @@ bin/ucore.img
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movw %ax, %ds
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movw %ax, %es
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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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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
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movw %ax, %ss
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movl $0x0, %ebp
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movl $start, %esp
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```
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转到保护模式完成，进入boot主方法
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```
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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
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readsect(void *dst, uint32_t secno) {
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waitdisk();
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@ -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;
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@ -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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||||
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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:
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: "i"(T_SWITCH_TOU)
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);
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```
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在lab1_switch_to_kernel中，调用T_SWITCH_TOK中断。
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||||
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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```
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||||
asm volatile (
|
||||
"int %0 \n"
|
||||
"movl %%ebp, %%esp \n"
|
||||
:
|
||||
: "i"(T_SWITCH_TOK)
|
||||
);
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```
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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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