1.1 OS鏡像文件ucore.img 是如何一步步生成的？
+ cc kern/init/init.c + cc kern/libs/readline.c + cc kern/libs/stdio.c + cc kern/debug/kdebug.c + cc kern/debug/kmonitor.c + cc kern/debug/panic.c kern/debug/panic.c: In function '__panic': kern/debug/panic.c:27:5: warning: implicit declaration of function 'print_stackframe' [-Wimplicit-function-declaration] print_stackframe(); ^ + cc kern/driver/clock.c + cc kern/driver/console.c + cc kern/driver/intr.c + cc kern/driver/picirq.c + cc kern/trap/trap.c + cc kern/trap/trapentry.S + cc kern/trap/vectors.S + cc kern/mm/pmm.c + cc libs/printfmt.c + cc libs/string.c + ld bin/kernel + cc boot/bootasm.S + cc boot/bootmain.c + cc tools/sign.c tools/sign.c: In function 'main': tools/sign.c:17:5: warning: unknown conversion type character 'l' in format [-Wformat=] printf("'%s' size: %lld bytes\n", argv[1], (long long)st.st_size); ^ tools/sign.c:17:5: warning: too many arguments for format [-Wformat-extra-args] tools/sign.c:19:9: warning: unknown conversion type character 'l' in format [-Wformat=] fprintf(stderr, "%lld >> 510!!\n", (long long)st.st_size); ^ tools/sign.c:19:9: warning: too many arguments for format [-Wformat-extra-args] + ld bin/bootblock 'obj/bootblock.out' size: 480 bytes build 512 bytes boot sector: 'bin/bootblock' success!
其中Makefile文件中include tools/function.mk 其中定義了一些Makefile中用到的函數
生成ucore.img 需要kernel和bootblock 如下：
# create ucore.img UCOREIMG := $(call totarget,ucore.img) $(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 $(call create_target,ucore.img)
kernel編譯鏈接：
# ------------------------------------------------------------------- # kernel # kernel中頭文件目錄 KINCLUDE += kern/debug/ \ kern/driver/ \ kern/trap/ \ kern/mm/ # kernel的源代碼目錄 KSRCDIR += kern/init \ kern/libs \ kern/debug \ kern/driver \ kern/trap \ kern/mm # 在編譯選項中添加頭文件包含目錄 KCFLAGS += $(addprefix -I,$(KINCLUDE)) # 調用function.mk中的add_files_cc函數，將kernel的全部源文件編譯，將源文件和編譯生成的OBJ文件加入kernel包（packet）中 $(call add_files_cc,$(call listf_cc,$(KSRCDIR)),kernel,$(KCFLAGS)) # 將KOBJS定義為編譯生成的.o文件列表（大概？？） KOBJS = $(call read_packet,kernel libs) # create kernel target # （在kernel前面加上bin/目錄名） kernel = $(call totarget,kernel) # kernel目標依賴於tools/kernel.ld文件 $(kernel): tools/kernel.ld # kernel目標依賴於編譯生成的OBJ文件 $(kernel): $(KOBJS) # 輸出"+ ld bin/kernel"到控制台 @echo + ld $@ # 即命令"ld -m elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel obj/kern/init/init.o ... obj/libs/printfmt.o" $(V)$(LD) $(LDFLAGS) -T tools/kernel.ld -o $@ $(KOBJS) # 將OBJ文件全部反編譯為匯編文件 @$(OBJDUMP) -S $@ > $(call asmfile,kernel) # 輸出OBJ文件對應的符號表 @$(OBJDUMP) -t $@ | $(SED) '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; /^$$/d' > $(call symfile,kernel) # 將kernel包和OBJ文件添加到目標依賴 $(call create_target,kernel)
bootblock：
# ------------------------------------------------------------------- # create bootblock # bootfiles為boot/文件夾下的全部文件列表 bootfiles = $(call listf_cc,boot) # 編譯boot/文件夾下的全部文件 $(foreach f,$(bootfiles),$(call cc_compile,$(f),$(CC),$(CFLAGS) -Os -nostdinc)) # （在bootblock前面加上bin/目錄名） bootblock = $(call totarget,bootblock) # bootblock目標的依賴項為源文件對應的OBJ文件和bin/sign $(bootblock): $(call toobj,$(bootfiles)) | $(call totarget,sign) # 輸出"+ ld bin/bootblock"到控制台 @echo + ld $@ # 將OBJ文件鏈接為bin/bootblock $(V)$(LD) $(LDFLAGS) -N -e start -Ttext 0x7C00 $^ -o $(call toobj,bootblock) # 將bin/bootblock文件反編譯 @$(OBJDUMP) -S $(call objfile,bootblock) > $(call asmfile,bootblock) # 將bin/bootblock轉換成bin/bootblock.out二進制文件 @$(OBJCOPY) -S -O binary $(call objfile,bootblock) $(call outfile,bootblock) # 用鏈接出的bin/sign工具將bin/bootblock.out再轉換回bin/bootblock二進制文件 @$(call totarget,sign) $(call outfile,bootblock) $(bootblock) # 將bootblock包添加到bootblock目標 $(call create_target,bootblock)
sign：
# ------------------------------------------------------------------- # create 'sign' tools # 將tools/sign.c編譯到OBJ文件，將源文件和中間文件添加到sign包 $(call add_files_host,tools/sign.c,sign,sign) # 將sign包添加到sign目標 $(call create_target_host,sign,sign)
ucore.img:
# ------------------------------------------------------------------- # create ucore.img # 在ucore.img前面加上bin/ UCOREIMG := $(call totarget,ucore.img) $(UCOREIMG): $(kernel) $(bootblock) # 創建一個大小為10000字節的空白文件 $(V)dd if=/dev/zero of=$@ count=10000 # 向上述文件中拷貝bin/bootblock $(V)dd if=$(bootblock) of=$@ conv=notrunc # 向上述文件中繼續（第二個塊）拷貝bin/kernel $(V)dd if=$(kernel) of=$@ seek=1 conv=notrunc # 將ucore.img包添加到ucore.img目標 $(call create_target,ucore.img)
dd的一些參數的含義：（dd命令說明）
-if表示輸入文件，如果不指定，那么會默認從stdin中讀取輸入
-of表示輸出文件，如果不指定，那么會stdout
bs表示以字節為單位的塊大小
count表示被賦值的塊數
/dev/zero是一個字符設備，會不斷返回0值字節\0
conv = notrunc 不截短輸出文件
seek=blocks 從輸出文件開頭跳過blocks個塊后再開始復制
生成kernel的.obj實際命令:
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 gcc -Ikern/libs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/libs/stdio.c -o obj/kern/libs/stdio.o gcc -Ikern/libs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/libs/readline.c -o obj/kern/libs/readline.o gcc -Ikern/debug/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/debug/panic.c -o obj/kern/debug/panic.o gcc -Ikern/debug/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/debug/kdebug.c -o obj/kern/debug/kdebug.o gcc -Ikern/debug/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/debug/kmonitor.c -o obj/kern/debug/kmonitor.o gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/clock.c -o obj/kern/driver/clock.o gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/console.c -o obj/kern/driver/console.o gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/picirq.c -o obj/kern/driver/picirq.o gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/intr.c -o obj/kern/driver/intr.o gcc -Ikern/trap/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/trap/trap.c -o obj/kern/trap/trap.o gcc -Ikern/trap/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/trap/vectors.S -o obj/kern/trap/vectors.o gcc -Ikern/trap/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/trap/trapentry.S -o obj/kern/trap/trapentry.o gcc -Ikern/mm/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/mm/pmm.c -o obj/kern/mm/pmm.o gcc -Ilibs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -c libs/string.c -o obj/libs/string.o gcc -Ilibs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -c libs/printfmt.c -o obj/libs/printfmt.o
參數及其意義：（gcc官方文檔）
- -I：添加包含目錄
- -fno-builtin：只接受以“__builtin_”開頭的名稱的內建函數
- -Wall：開啟全部警告提示
- -ggdb：生成GDB需要的調試信息
- -m32：為32位環境生成代碼，int、long和指針都是32位
- -gstab：生成stab格式的調試信息，僅用於gdb
- -nostdinc：不掃描標准系統頭文件，只在-I指令指定的目錄中掃描
- -fno-stack-protector：生成用於檢查棧溢出的額外代碼，如果發生錯誤，則打印錯誤信息並退出
- -c：編譯源文件但不進行鏈接
- -o：結果的輸出文件
鏈接生成kernel二進制文件的命令為：
-
ld -m elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel obj/kern/init/init.o obj/kern/libs/stdio.o obj/kern/libs/readline.o obj/kern/debug/panic.o obj/kern/debug/kdebug.o obj/kern/debug/kmonitor.o obj/kern/driver/clock.o obj/kern/driver/console.o obj/kern/driver/picirq.o obj/kern/driver/intr.o obj/kern/trap/trap.o obj/kern/trap/vectors.o obj/kern/trap/trapentry.o obj/kern/mm/pmm.o obj/libs/string.o obj/libs/printfmt.o
參數及其意義：（ld參數說明）
- -m elf_i386：使用elf_i386模擬器
- -nostdlib：只查找命令行中明確給出的庫目錄，不查找鏈接器腳本中給出的（即使鏈接器腳本是在命令行中給出的）
- -T tools/kernel.ld：將tools/kernel.ld作為鏈接器腳本
- -o bin/kernel：輸出到bin/kernel文件
生成bootblock和sign工具所需全部OBJ文件的實際命令包括：
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc -c boot/bootasm.S -o obj/boot/bootasm.o gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc -c boot/bootmain.c -o obj/boot/bootmain.o 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
參數及其意義（重復的參數不再列出）：
- -Os：對輸出文件大小進行優化，開啟全部不增加代碼大小的-O2優化
- -g：以操作系統原生格式輸出調試信息，gdb可以處理這一信息
- -O2：進行大部分不以空間換時間的優化
鏈接生成bootblock二進制文件的命令為：
ld -m elf_i386 -nostdlib -N -e start -Ttext 0x7C00 obj/boot/bootasm.o obj/boot/bootmain.o -o obj/bootblock.o 'obj/bootblock.out' size: 488 bytes build 512 bytes boot sector: 'bin/bootblock' success!（這兩行是sign的輸出）
參數及其意義：
- -N：將文字和數據部分置為可讀寫，不將數據section置為與頁對齊， 不鏈接共享庫
- -e start：將start符號置為程序起始點
- -Ttext 0x7C00：鏈接時將".bss"、".data"或".text"置於絕對地址0x7C00處
1.2 一個被系統認為是符合規范的硬盤主引導扇區的特征是什么？
tool/sign.c
輸入的主引導扇區記錄小於等於510字節（446+64）
最后兩個字節是0x55AA
練習2：
使用Qemu和gdb調試lab1 實驗目的：熟悉單步調試gdb方法 進一步了解os啟動流程
練習3：
bootloader進入保護模式的過程
BIOS通過讀取硬盤主引導扇區到內存，並跳轉到對應內存中的位置執行bootloader，從實模式轉換到保護模式。
bootloader啟動過程主要工作：1切換到保護模式，啟用分段機制
2讀磁盤中ELF執行文件格式的ucore到內存
3顯示字符串信息
4把控制權交給ucore操作系統
1.開啟A20地址線
2.初始化GDT表
3.進入保護模式