内容发布更新时间 : 2024/5/9 18:23:34星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验目的<编辑>

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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<编辑>

此次实验的基本内容是： 1. 2. 3.

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： 1.

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： 1. 2. 3.

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\。

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<编辑>

在实验报告中回答如下问题： 1.

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<编辑>

? ? ? ? ? ? ? bootsect显示正确，1020% bootsect正确读入setup，10% setup显示正确，10% setup获取硬件参数正确，5% setup正确显示硬件参数，5% tools/build.c修改正确，1020% 实验报告，5060% 实验提示<编辑>

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Image（flyfish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 mov bx,#0x0007 mov bp,#msg1 mov ax,#0x1301 int 0x10

inf_loop: jmp inf_loop

! 要显示的字符串长度

! page 0, attribute 7 (normal) ! write string, move cursor

! 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 \ .byte 13,10,13,10 !设置引导扇区标记0xAA55 .org 510

! 两对换行+回车

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.s

Windows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]=0x01，a_magic[1]=0x03，a_flags=0x10（可执行文件），a_cpu=0x04（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