操作系统-chapter1

课程：https://mooc.study.163.com/learn/1000002004?tid=2402971010&_trace_c_p_k2_=f79694c7fc04429bb9be772b5aaa7cce#/learn/content?type=detail&id=2403308873&cid=2403327520

实验一：

主要平台和工具简介

x86模拟器Bochs

类VMWare的虚拟机

GCC编译器

编译器

GDB调试器

调试器

Ubuntu (GNU/Linux)

用来编译linux0.11的系统

实验环境的工作模式

oslab工作在ubuntu之上，在ubuntu上完成对Linux 0.11的开发、修改和编译之后，在linux-0.11目录下会生产一个名为Image的文件，它就是编译之后的目标文件。该文件内已经包含引导和所有内核的二进制代码。如果拿来一张软盘，从它的0扇区开始，逐字节写入Image文件的内容，就可以用这张软盘启动一台真正的计算机，并进入Linux 0.11内核。oslab采用bochs模拟器加载这个Image文件，模拟执行Linux 0.11。

run是运行bochs的脚本命令。运行后bochs会自动在它的虚拟软驱A和虚拟硬盘上各挂载一个镜像文件，软驱上挂载是linux-0.11/Image，硬盘上挂载的是hdc-0.11.img。因为bochs配置文件中的设置是从软驱A启动，所以Linux 0.11会被自动加载。

而Linux 0.11会驱动硬盘，并mount硬盘上的文件系统，也就是将hdc-0.11.img内镜像的文件系统挂载到0.11系统内的根目录——“/”。在0.11下访问文件系统，访问的就是hdc-0.11.img文件内虚拟的文件系统。

hdc-0.11.img文件的格式是Minix文件系统的镜像。Linux所有版本都支持这种格式的文件系统，所以可以直接在宿主Linux上通过mount命令访问此文件内的文件，达到宿主系统和bochs内运行的Linux 0.11之间交换文件的效果。Windows下目前没有（或者是还没发现）直接访问Minix文件系统的办法，所以要借助于fdb.img，这是一个1.44M软盘的镜像文件，内部是FAT12文件系统。将它挂载到bochs的软驱B，就可以在0.11中访问它。而通过filedisk或者WinImage，可以在Windows下访问它内部的文件。

hdc-0.11.img内包含有：

• Bash shell
• 一些基本的Linux命令、工具，比如cp、rm、mv、tar。
• vi编辑器
• gcc 1.4编译器，可用来编译标准C程序
• as86和ld86
• Linux 0.11的源代码，可在0.11下编译，然后覆盖现有的二进制内核

使用方法

• 准备活动

$ cd ~/oslab

把当前目录切换到oslab下，用pwd命令确认，用“ls -l”列目录内容。本实验的所有内容都在本目录或其下级目录内完成。

• 编译内核

“编译内核”比“编写内核”要简单得多。首先要进入linux-0.11目录，然后执行：

$ make all

因为“all”是最常用的参数，所以可以省略，只用“make”，效果一样。

在多处理器的系统上，可以用-j参数进行并行编译，加快速度。例如双CPU的系统可以：

$ make -j 2

make命令会显示很多很多很多的信息，你可以尽量去看懂，也可以装作没看见。只要最后几行中没有“error”就说明编译成功。最后生成的目标文件是一个软盘镜像文件——linux-0.11/Image。如果将此镜像文件写到一张1.44MB的软盘上，就可以启动一台真正的计算机。

linux-0.11目录下是全部的源代码，很多实验内容都是要靠修改这些代码来完成。修改后需要重新编译内核，还是执行命令：

$ make all

make命令会自动跳过未被修改的文件，链接时直接使用上次编译生成的目标文件，从而节约编译时间。但如果重新编译后，你的修改貌似没有生效，可以试试先“make clean”，再“make all”。“make clean”是删除上一次编译生成的所有中间文件和目标文件，确保是在全新的状态下编译整个工程。

• 运行和调试

在Bochs中运行最新编译好的内核很简单，在oslab目录下执行：

$ ./run

如果出现Bochs的窗口，里面显示linux的引导过程，最后停止在“[/usr/root/]#”，表示运行成功，如下图所示。

图1 用Bochs启动Linux 0.11以后的样子

内核调试分为两种模式：汇编级调试和C语言级调试。

汇编级调试需要执行命令：

$ ./dbg-asm

可以用命令help来查看调试系统用的基本命令。更详细的信息请查阅Bochs使用手册。

C语言级调试稍微复杂一些。首先执行如下命令：

$ ./dbg-c

然后再打开一个终端窗口，进入oslab目录后，执行：

$ ./rungdb

新终端窗口中运行的是GDB调试器。关于gdb调试器请查阅GDB使用手册。

• Ubuntu和Linux 0.11之间的文件交换

oslab下的hdc-0.11-new.img是0.11内核启动后的根文件系统镜像文件，相当于在bochs虚拟机里装载的硬盘。在Ubuntu上访问其内容的方法是(大家使用sudo时，password是shiyanlou)：

$ sudo ./mount-hdc

之后，hdc目录下就是和0.11内核一模一样的文件系统了，可以读写任何文件（可能有些文件要用sudo才能访问）。读写完毕，不要忘了卸载这个文件系统：

$ sudo umount hdc

经过sudo ./mount-hdc这样处理以后，我们可以在Ubuntu的hdc目录下创建一个xxx.c文件，然后利用Ubuntu上的编辑工具（如gedit等）实现对xxx.c文件的编辑工作，在编辑保存以后。执行sudo umount hdc后，再进入Linux 0.11（即run启动bochs以后）就会看到这个xxx.c（即如下图所示），这样就避免了在Linux 0.11上进行编辑xxx.c的麻烦，因为Linux 0.11作为一个很小的操作系统，其上的编辑工具只有vi，使用起来非常不便。

图2 用Ubuntu和Linux 0.11完成文件交换以后再启动Linux 0.11以后

另外在Linux 0.11上产生的文件，如后面实验中产生的process.log文件，可以按这种方式”拿到“Ubuntu下用python程序进行处理，当然这个python程序在Linux 0.11上显然是不好使的，因为Linux 0.11上搭建不了python解释环境。

注意1：不要在0.11内核运行的时候mount镜像文件，否则可能会损坏文件系统。同理，也不要在已经mount的时候运行0.11内核。

注意2：在关闭Bochs之前，需要先在0.11的命令行运行“sync”，确保所有缓存数据都存盘后，再关闭Bochs。

实验报告：

实验步骤：

参考https://blog.csdn.net/JustJavaC2016/article/details/78944909

**在首页进入命令行，不要再应用程序菜单中进入，否则无法启动bochs**

cd /home/shiyanlou/oslab
tar hi.....
cd linux0.11
make all

cd ..
sudo -i
cd ../home/shiyanlou/oslab/oslab
sudo ./mount hdc
cd hdc/usr/root
touch helloLinux.c
cd ../../..
sudo umount hdc