怎样用html制作网站,WordPress如何添加导航栏,滨州网站开发公司,南宁做网站开发的公司操作系统的引导 实验目的
熟悉hit-oslab实验环境#xff1b;建立对操作系统引导过程的深入认识#xff1b;掌握操作系统的基本开发过程#xff1b;能对操作系统代码进行简单的控制#xff0c;揭开操作系统的神秘面纱。 实验内容 此次实验的基本内容是#xff1a;
阅读《… 操作系统的引导 实验目的
熟悉hit-oslab实验环境建立对操作系统引导过程的深入认识掌握操作系统的基本开发过程能对操作系统代码进行简单的控制揭开操作系统的神秘面纱。 实验内容 此次实验的基本内容是
阅读《Linux内核完全注释》的第6章对计算机和Linux 0.11的引导过程进行初步的了解按照下面的要求改写0.11的引导程序bootsect.s有兴趣同学可以做做进入保护模式前的设置程序setup.s。 改写bootsect.s主要完成如下功能
bootsect.s能在屏幕上打印一段提示信息“XXX is booting...”其中XXX是你给自己的操作系统起的名字例如LZJos、Sunix等可以上论坛上秀秀谁的OS名字最帅也可以显示一个特色logo以表示自己操作系统的与众不同。 改写setup.s主要完成如下功能
bootsect.s能完成setup.s的载入并跳转到setup.s开始地址执行。而setup.s向屏幕输出一行Now we are in SETUP。setup.s能获取至少一个基本的硬件参数如内存参数、显卡参数、硬盘参数等将其存放在内存的特定地址并输出到屏幕上。setup.s不再加载Linux内核保持上述信息显示在屏幕上即可。 实验报告 在实验报告中回答如下问题
有时继承传统意味着别手蹩脚。x86计算机为了向下兼容导致启动过程比较复杂。请找出x86计算机启动过程中被硬件强制软件必须遵守的两个“多此一举”的步骤多找几个也无妨说说它们为什么多此一举并设计更简洁的替代方案。 评分标准
bootsect显示正确30%bootsect正确读入setup10%setup获取硬件参数正确20%setup正确显示硬件参数20%实验报告20% 实验提示 操作系统的boot代码有很多并且大部分是相似的。本实验仿照Linux-0.11/boot目录下的bootsect.s和setup.s以剪裁它们为主线。当然如果能完全从头编写并实现实验所要求的功能是再好不过了。 同济大学赵炯博士的《Linux内核0.11完全注释修正版V3.0》以后简称《注释》的第6章是非常有帮助的参考实验中可能遇到的各种问题几乎都能找到答案。可以在“资料和文件下载”中下载到该书的电子版。同目录中校友谢煜波撰写的《操作系统引导探究》也是一份很好的参考。 需要注意的是oslab中的汇编代码使用as86编译语法和汇编课上所授稍有不同。 下面将给出一些更具体的“提示”。这些提示并不是实验的一步一步的指导而是罗列了一些实验中可能遇到的困难并给予相关提示。它们肯定不会涵盖所有问题也不保证其中的每个字都对完成实验有帮助。所以它们更适合在你遇到问题时查阅而不是当作指南一样地亦步亦趋。本书所有实验的提示都是秉承这个思想编写的。 Linux 0.11相关代码详解 boot/bootsect.s、boot/setup.s和tools/build.c是本实验会涉及到的源文件。它们的功能详见《注释》的6.2、6.3节和16章。 如果使用Windows下的环境那么要注意Windows环境里提供的build.c是一个经过修改过的版本。Linus Torvalds的原版是将0.11内核的最终目标代码输出到标准输出由make程序将数据重定向到Image文件这在Linux、Unix和Minix等系统下都是非常有效的。但Windows本身的缺陷也许是特色决定了在Windows下不能这么做所以flyfish修改了build.c将输出直接写入到Imageflyfish是写入到Boot.img文件我们为了两个环境的一致也为了最大化地与原始版本保持统一将其改为Image文件中。同时为了适应Windows的一些特殊情况他还做了其它一些小修改。 引导程序的运行环境 引导程序由BIOS加载并运行。它活动时操作系统还不存在整台计算机的所有资源都由它掌控而能利用的功能只有BIOS中断调用。 完成bootsect.s的屏幕输出功能 首先来看完成屏幕显示的关键代码如下 ! 首先读入光标位置
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10! 显示字符串“LZJos is running...”
mov cx,#25 ! 要显示的字符串长度
mov bx,#0x0007 ! page 0, attribute 7 (normal)
mov bp,#msg1
mov ax,#0x1301 ! write string, move cursor
int 0x10inf_loop:
jmp inf_loop ! 后面都不是正经代码了得往回跳呀! msg1处放置字符串msg1:.byte 13,10 ! 换行回车.ascii LZJos is running....byte 13,10,13,10 ! 两对换行回车!设置引导扇区标记0xAA55.org 510
boot_flag:.word 0xAA55 ! 必须有它才能引导接下来将完成屏幕显示的代码在开发环境中编译并使用linux-0.11/tools/build.c将编译后的目标文件做成Image文件。 编译和运行 Ubuntu上先从终端进入~/oslab/linux-0.11/boot/目录。Windows上则先双击快捷方式“MinGW32.bat”将打开一个命令行窗口当前目录是oslab用cd命令进入linux-0.11\boot。无论那种系统都执行下面两个命令编译和链接bootsect.s
as86 -0 -a -o bootsect.o bootsect.s
ld86 -0 -s -o bootsect bootsect.o其中-0注意这是数字0不是字母O表示生成8086的16位目标程序-a表示生成与GNU as和ld部分兼容的代码-s告诉链接器ld86去除最后生成的可执行文件中的符号信息。 如果这两个命令没有任何输出说明编译与链接都通过了。Ubuntu下用ls -l可列出下面的信息
-rw--x--x 1 root root 544 Jul 25 15:07 bootsect
-rw------ 1 root root 257 Jul 25 15:07 bootsect.o
-rw------ 1 root root 686 Jul 25 14:28 bootsect.sWindows下用dir可列出下面的信息
2008-07-28 20:14 544 bootsect
2008-07-28 20:14 924 bootsect.o
2008-07-26 20:13 5,059 bootsect.s其中bootsect.o是中间文件。bootsect是编译、链接后的目标文件。 需要留意的文件是bootsect的文件大小是544字节而引导程序必须要正好占用一个磁盘扇区即512个字节。造成多了32个字节的原因是ld86产生的是Minix可执行文件格式这样的可执行文件处理文本段、数据段等部分以外还包括一个Minix可执行文件头部它的结构如下
struct exec {unsigned char a_magic[2]; //执行文件魔数unsigned char a_flags;unsigned char a_cpu; //CPU标识号unsigned char a_hdrlen; //头部长度32字节或48字节unsigned char a_unused;unsigned short a_version;long a_text; long a_data; long a_bss; //代码段长度、数据段长度、堆长度long a_entry; //执行入口地址long a_total; //分配的内存总量long a_syms; //符号表大小
};算一算6 char(6字节)1 short(2字节)6 long(24字节)32正好是32个字节去掉这32个字节后就可以放入引导扇区了这是tools/build.c的用途之一。 对于上面的Minix可执行文件其a_magic[0]0x01a_magic[1]0x03a_flags0x10可执行文件a_cpu0x04表示Intel i8086/8088如果是0x17则表示Sun公司的SPARC所以bootsect文件的头几个字节应该是01 03 10 04。为了验证一下Ubuntu下用命令“hexdump -C bootsect”可以看到
00000000 01 03 10 04 20 00 00 00 00 02 00 00 00 00 00 00 |.... ...........|
00000010 00 00 00 00 00 00 00 00 00 82 00 00 00 00 00 00 |................|
00000020 b8 c0 07 8e d8 8e c0 b4 03 30 ff cd 10 b9 17 00 |.........0......|
00000030 bb 07 00 bd 3f 00 b8 01 13 cd 10 b8 00 90 8e c0 |....?...........|
00000040 ba 00 00 b9 02 00 bb 00 02 b8 04 02 cd 13 73 0a |..............s.|
00000050 ba 00 00 b8 00 00 cd 13 eb e1 ea 00 00 20 90 0d |............. ..|
00000060 0a 53 75 6e 69 78 20 69 73 20 72 75 6e 6e 69 6e |.Sunix is runnin|
00000070 67 21 0d 0a 0d 0a 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |g!..............|
00000080 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
00000210 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa |..............U.|
00000220Windows下用UltraEdit把该文件打开果然如此。 图1 用UltraEdit打开文件bootsect 接下来干什么呢是的要去掉这32个字节的文件头部tools/build.c的功能之一就是这个随手编个小的文件读写程序都可以去掉它。不过懒且聪明的人会在Ubuntu下用命令
$ dd bs1 ifbootsect ofImage skip32生成的Image就是去掉文件头的bootsect。 Windows下可以用UltraEdit直接删除选中这32个字节然后按CtrlX。 去掉这32个字节后将生成的文件拷贝到linux-0.11目录下并一定要命名为“Image”注意大小写。然后就“run”吧 图2 bootsect引导后的系统启动情况 bootsect.s读入setup.s 首先编写一个setup.s该setup.s可以就直接拷贝前面的bootsect.s可能还需要简单的调整然后将其中的显示的信息改为“Now we are in SETUP”。 接下来需要编写bootsect.s中载入setup.s的关键代码。原版bootsect.s中下面的代码就是做这个的。
load_setup:
mov dx,#0x0000 !设置驱动器和磁头(drive 0, head 0): 软盘0磁头
mov cx,#0x0002 !设置扇区号和磁道(sector 2, track 0):0磁头、0磁道、2扇区
mov bx,#0x0200 !设置读入的内存地址BOOTSEGaddress 512偏移512字节
mov ax,#0x0200SETUPLEN !设置读入的扇区个数(service 2, nr of sectors)!SETUPLEN是读入的扇区个数Linux 0.11设置的是4!我们不需要那么多我们设置为2
int 0x13 !应用0x13号BIOS中断读入2个setup.s扇区
jnc ok_load_setup !读入成功跳转到ok_load_setup: ok - continue
mov dx,#0x0000 !软驱、软盘有问题才会执行到这里。我们的镜像文件比它们可靠多了
mov ax,#0x0000 !否则复位软驱 reset the diskette
int 0x13
jmp load_setup !重新循环再次尝试读取
ok_load_setup:
接下来要干什么当然是跳到setup执行。所有需要的功能在原版bootsect.s中都是存在的我们要做的仅仅是删除那些对我们无用的代码。 再次编译 现在有两个文件都要编译、链接。一个个手工编译效率低下所以借助Makefile是最佳方式。 在Ubuntu下进入linux-0.11目录后使用下面命令注意大小写
$ make BootImageWindows下在命令行方式进入Linux-0.11目录后使用同样的命令不需注意大小写
makeBootImage无论哪种系统都会看到
Unable to open system
make: *** [BootImage] Error 1有Error这是因为make根据Makefile的指引执行了tools/build.c它是为生成整个内核的镜像文件而设计的没考虑我们只需要bootsect.s和setup.s的情况。它在向我们要“系统”的核心代码。为完成实验接下来给它打个小补丁。 修改build.c build.c从命令行参数得到bootsect、setup和system内核的文件名将三者做简单的整理后一起写入Image。其中system是第三个参数argv[3]。当“make all”或者“makeall”的时候这个参数传过来的是正确的文件名build.c会打开它将内容写入Image。而“make BootImage”时传过来的是字符串none。所以改造build.c的思路就是当argv[3]是none的时候只写bootsect和setup忽略所有与system有关的工作或者在该写system的位置都写上“0”。 修改工作主要集中在build.c的尾部请斟酌。 当按照前一节所讲的编译方法编译成功后run就得到了如图3所示的运行结果和我们想得到的结果完全一样。 图3 用修改后的bootsect.s和setup.s进行引导的结果 setup.s获取基本硬件参数 setup.s将获得硬件参数放在内存的0x90000处。原版setup.s中已经完成了光标位置、内存大小、显存大小、显卡参数、第一和第二硬盘参数的保存。 用ah#0x03调用0x10中断可以读出光标的位置用ah#0x88调用0x15中断可以读出内存的大小。有些硬件参数的获取要稍微复杂一些如磁盘参数表。在PC机中BIOS设定的中断向量表中int 0x41的中断向量位置(4*0x41 0x0000:0x0104)存放的并不是中断程序的地址而是第一个硬盘的基本参数表。第二个硬盘的基本参数表入口地址存于int 0x46中断向量位置处。每个硬盘参数表有16个字节大小。下表给出了硬盘基本参数表的内容 表1 磁盘基本参数表 位移 大小 说明0x00字柱面数 0x02字节磁头数 ……… 0x0E字节每磁道扇区数 0x0F字节保留 所以获得磁盘参数的方法就是复制数据。 下面是将硬件参数取出来放在内存0x90000的关键代码。
mov ax,#INITSEG
mov ds,ax !设置ds0x9000
mov ah,#0x03 !读入光标位置
xor bh,bh
int 0x10 !调用0x10中断
mov [0],dx !将光标位置写入0x90000.!读入内存大小位置
mov ah,#0x88
int 0x15
mov [2],ax!从0x41处拷贝16个字节磁盘参数表
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[4*0x41]
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0004
mov cx,#0x10
rep !重复16次
movsb现在已经将硬件参数只包括光标位置、内存大小和硬盘参数其他硬件参数取出的方法基本相同此处略去取出来放在了0x90000处接下来的工作是将这些参数显示在屏幕上。这些参数都是一些无符号整数所以需要做的主要工作是用汇编程序在屏幕上将这些整数显示出来。 以十六进制方式显示比较简单。这是因为十六进制与二进制有很好的对应关系每4位二进制数和1位十六进制数存在一一对应关系显示时只需将原二进制数每4位划成一组按组求对应的ASCII码送显示器即可。ASCII码与十六进制数字的对应关系为0x300x39对应数字090x410x46对应数字af。从数字9到a其ASCII码间隔了7h这一点在转换时要特别注意。为使一个十六进制数能按高位到低位依次显示实际编程中需对bx中的数每次循环左移一组4位二进制然后屏蔽掉当前高12位对当前余下的4位即1位十六进制数求其ASCII码要判断它是09还是af是前者则加0x30得对应的ASCII码后者则要加0x37才行最后送显示器输出。以上步骤重复4次就可以完成bx中数以4位十六进制的形式显示出来。 下面是完成显示16进制数的汇编语言程序的关键代码其中用到的BIOS中断为INT 0x10功能号0x0E显示一个字符即AH0x0EAL要显示字符的ASCII码。
!以16进制方式打印栈顶的16位数
print_hex:
mov cx,#4 ! 4个十六进制数字
mov dx,(bp) ! 将(bp)所指的值放入dx中如果bp是指向栈顶的话
print_digit:
rol dx,#4 ! 循环以使低4比特用上 !! 取dx的高4比特移到低4比特处。
mov ax,#0xe0f ! ah 请求的功能值al 半字节(4个比特)掩码。
and al,dl ! 取dl的低4比特值。
add al,#0x30 ! 给al数字加上十六进制0x30
cmp al,#0x3a
jl outp !是一个不大于十的数字add al,#0x07 !是af要多加7
outp:
int 0x10loop print_digitret
这里用到了一个loop指令每次执行loop指令cx减1然后判断cx是否等于0。如果不为0则转移到loop指令后的标号处实现循环如果为0顺序执行。另外还有一个非常相似的指令rep指令每次执行rep指令cx减1然后判断cx是否等于0如果不为0则继续执行rep指令后的串操作指令直到cx为0实现重复。
!打印回车换行
print_nl:
mov ax,#0xe0d ! CR
int 0x10
mov al,#0xa ! LF
int 0x10ret只要在适当的位置调用print_bx和print_nl注意一定要设置好栈才能进行函数调用就能将获得硬件参数打印到屏幕上完成此次实验的任务。但事情往往并不总是顺利的前面的两个实验大多数实验者可能一次就编译调试通过了这里要提醒大家编写操作系统的代码一定要认真因为要调试操作系统并不是一件很方便的事。但在这个实验中会出现运行结果不对的情况为什么呢因为我们给的代码并不是100%好用的。所以接下来要复习一下汇编并阅读《Bochs使用手册》学学在Bochs中如何调试操作系统代码。 我想经过漫长而痛苦的调试后大家一定能兴奋地得到下面的运行结果 图4 用可以打印硬件参数的setup.s进行引导的结果 Memory Size是0x3C00KB算一算刚好是15MB扩展内存加上1MB正好是16MB看看Bochs配置文件bochs/bochsrc.bxrc
……
megs: 16
……
ata0-master: typedisk, modeflat, cylinders410, heads16, spt38
……这些都和上面打出的参数吻合表示此次实验是成功的。
实验报告 1完成bootsect.s的屏幕输出功能 acd /home/yuebo/oslab/linux-0.11/boot brm -rf bootsect.o bootsect.o c修改bootsect.s第246行修改后如下 d修改bootsect.s第98行修改后如下注意是字符串的长度625 e还在这个目录下编译、链接 as86 -0 -a -o bootsect.o bootsect.s ld86 -0 -s -o bootsect bootsect.o f因为 yueboubuntu:~/oslab/linux-0.11/boot$ ls -hl bootsect -rwxrwxr-x 1 yuebo yuebo 544 Aug 19 20:39 bootsect 需要留意的文件是bootsect的文件大小是544字节而引导程序必须要正好占用一个磁盘扇区即512个字节。造成多了32个字节的原因是ld86产生的是Minix可执行文件格式...实验提示中有说明 g接下来干什么呢是的要去掉这32个字节的文件头部tools/build.c的功能之一就是这个安装实验提示用。 dd bs1 ifbootsect ofImage skip32 yueboubuntu:~/oslab/linux-0.11/boot$ ls -hl Image -rw-rw-r-- 1 yuebo yuebo 512 Aug 19 20:47 Image h去掉这32个字节后将生成的文件拷贝到linux-0.11目录下并一定要命名为“Image”注意大小写。然后就“run”吧 说明这里要明白最后这个现象为什么一直停留在这个界面而不动了呢从李老师的课程中可以知道原因因为这里的Imag文件里面只有bootset的部分而setup、system并没有放进这个Image中所以这里执行的只是bootsect的代码。 2bootsect.s读入setup.s 修改setup.s 依据bootsect.s将其写成 如下代码 BIOS中断0x10功能号 ah0x03读取光标位置。 输入bh 页号 返回cxdx中 BIOS中断0x10功能号ah 0x13显示字符串。 输入alblbhdhdlesbp此寄存器指向要显示的字符串的起始位置cx显示字符串字符数。 这里比较关键的是es这个寄存器不能遗忘es指向的段就是下面这一段。 SETUPSEG 0x9020
entry _start
_start:
mov ax,#SETUPSEG
mov es,ax! Print some inane messagemov ah,#0x03 ! read cursor pos
xor bh,bh
int 0x10mov cx,#25
mov bx,#0x0007 ! page 0, attribute 7 (normal)
mov bp,#msg1
mov ax,#0x1301 ! write string, move cursor
int 0x10msg1:
.byte 13,10
.ascii Now we are in SETUP
.byte 13,10,13,10.text
endtext: 说明读懂这段代码基础是动8086汇编语言不需要把bootsect.s, head.s, setup.s都读了再做这个实验解决问题就是找线索而不是把所有的知识都理解了再去解决问题本质上一个问题的解决是找到几个关键点以及它们之间的联系所以大脑要用排除法过滤99%的无用信息把有用的信息解读了就行了。至于全部源码也可以放在做完所有实验对操作系统框架很熟悉的基础上在攻细节。 再make的话会出现问题就是Non-GCC header of system make: *** [Image] Error 1这种错误问题出在了build.c 解决的办法就是就是把tool中的build.c中178~181四行注释掉其原因参看实验提示 修改后再makerun发现成功截图如下 3setup.s获取基本硬件参数
setup.s到源码如下 INITSEG 0x9000
SETUPSEG 0x9020
entry _start
_start:
mov ax,#SETUPSEG
mov es,ax
mov ax,#INITSEG
mov ds,ax!-------print setup_msg----------------------
mov cx,#23
mov bp, #setup_msg
call print_string
call print_nl!------get parameters-----------------------
call get_parameters!------------print cursor------------------
mov cx,#11
mov bp, #cursor_msg
call print_string
push [0]
pop (bp)
call print_hex
call print_nl
!--------------print Memory-----------------------
mov cx,#12
mov bp, #memory_size_msg
call print_string
push [2]
pop (bp)
call print_hex
mov cx,#2
mov bp, #kb_msg
call print_string
call print_nl!-------------------print Cyls---------------------------
mov cx,#5
mov bp, #cyls_msg
call print_string
push [4]
pop (bp)
call print_hex
call print_nl!-----------------print Heads---------------------------
mov cx,#6
mov bp, #head_msg
call print_string
push [6]
pop (bp)
call print_hex
call print_nl
!-----------------print Sectors------------------------
mov cx,#8
mov bp, #sector_msg
call print_string
push [8]
pop (bp)
call print_hex
call print_nlstop:jmp stop setup_msg: .byte 13,10, 13, 10 .ascii Now this is SETUP .byte 13,10 cursor_msg: .ascii Cursor Pos:
memory_size_msg: .ascii Memory SIZE:
cyls_msg: .ascii Cyls:
head_msg: .ascii Heads:
sector_msg: .ascii Sectors:
kb_msg:.ascii KB!-------------display funtions-----------------------------
print_string: !input:bp-the start of a string, cx--numbers of chracterspush bppush cxmov ah,#0x03 ! read cursor pos xor bh,bh int 0x10pop cxpop bpmov bx,#0x0007 ! page 0, attribute 7 (normal) mov ax,#0x1301 ! write string, move cursor int 0x10ret!以16进制方式打印栈顶的16位数
print_hex:mov cx,#4 ! 4个十六进制数字mov dx,(bp) ! 将(bp)所指的值放入dx中如果bp是指向栈顶的话print_digit:rol dx,#4 ! 循环以使低4比特用上 !! 取dx的高4比特移到低4比特处。mov ax,#0xe0f ! ah 请求的功能值al 半字节(4个比特)掩码。and al,dl ! 取dl的低4比特值。add al,#0x30 ! 给al数字加上十六进制0x30cmp al,#0x3ajl outp !是一个不大于十的数字add al,#0x07 !是af要多加7outp: int 0x10loop print_digitretprint_nl:mov ax,#0xe0d ! CRint 0x10mov al,#0xa ! LFint 0x10ret!-----------get parameters functions----------------
get_parameters: push axpush bxpush cxpush dxpush dspush espush sipush dipush bpmov ax,#INITSEG mov ds,ax !设置ds0x9000mov ah,#0x03 !读入光标位置xor bh,bhint 0x10 !调用0x10中断mov [0],dx !将光标位置写入0x90000.!读入内存大小位置mov ah,#0x88int 0x15mov [2],ax!从0x41处拷贝16个字节磁盘参数表mov ax,#0x0000mov ds,axlds si,[4*0x41]mov ax,#INITSEGmov es,axmov di,#0x0004mov cx,#0x10rep !重复16次movsbpop bppop dipop sipop espop dspop dxpop cxpop bxpop axret运行效果截图如下 说明实验step3是在实验step2到基础上进行到实验2理解透彻楼实验step3很容易做的出来。实验step3到任务就是把一段内存中到东西打印出来。实验step3参考楼《注释》和int10中断到使用方法https://www.cnblogs.com/magic-cube/archive/2011/10/19/2217676.html。 4实验体会
在做实验step3的时候感觉还是挺困难的几次想参考一下别人到答案可是感觉大部分都没有作出来做出来的也写的不知所云。最后自己坚持每天晚上回去调一个多小时终于找到了规律。体会如下一再困难也不能放弃也不能看别人到答案中间有困难、有刺激、有喜悦更多的是收获二王爽《汇编语言》课后习题一定要认真做一下三不明白不要紧多实践多思考逐渐就会明白进而解决问题四衡量你解决问题的能力标志不是你知道这个问题怎么解决而是亲手解决过多少问题。
