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此次实验的基本内容是: 1. 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; 1. 按照下面的要求改写0.11的引导程序bootsect.s 1. 修改build.c,以便可以使用 make BootImage命令 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。) ### 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 0x10 inf_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。 **这里改动** ~~~ mov cx,#25 ! 要显示的字符串长度 和 ~~~ 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 ~~~ 修改你要显示的内容及计算长度,其中13算一个,10算一个,字母或空格算1个 修改bootsect.s ~~~ ! Print some inane message mov ah,#0x03 ! read cursor pos xor bh,bh int 0x10 mov cx,#27 !修改这里 mov bx,#0x0007 ! page 0, attribute 7 (normal) mov bp,#msg1 mov ax,#0x1301 ! write string, move cursor int 0x10 ~~~ 及(msg1可以改成很多种) ~~~ msg1: .byte 13,10 .ascii "Jinux OS is booting ..." .byte 13,10,13,10 ~~~ ### 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。 因为传过来的是字符串"none",所以只要在build.c判断一下第三个值是否为none,修改最下面 bulid.c之前为 ~~~ if ((id=open(argv[3],O_RDONLY,0))<0) die("Unable to open 'system'"); // if (read(id,buf,GCC_HEADER) != GCC_HEADER) // die("Unable to read header of 'system'"); // if (((long *) buf)[5] != 0) // die("Non-GCC header of 'system'"); for (i=0 ; (c=read(id,buf,sizeof buf))>0 ; i+=c ) if (write(1,buf,c)!=c) die("Write call failed"); close(id); fprintf(stderr,"System is %d bytes.\n",i); if (i > SYS_SIZE*16) die("System is too big"); return(0); </span></span> ~~~ 改为 ~~~ if(strcmp("none",argv[3]) == 0) //添加判断 return 0; if ((id=open(argv[3],O_RDONLY,0))<0) die("Unable to open 'system'"); // if (read(id,buf,GCC_HEADER) != GCC_HEADER) // die("Unable to read header of 'system'"); // if (((long *) buf)[5] != 0) // die("Non-GCC header of 'system'"); for (i=0 ; (c=read(id,buf,sizeof buf))>0 ; i+=c ) if (write(1,buf,c)!=c) die("Write call failed"); close(id); fprintf(stderr,"System is %d bytes.\n",i); if (i > SYS_SIZE*16) die("System is too big"); return(0);</span> ~~~ 附report1: 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。 答:1)x86CPU启动时为了向下兼容16位使用实模式:纯16位无保护执行环境。对于80286或以上的CPU通过A20 GATE来控制A20地址线。 技术发展到了80286,虽然系统的地址总线由原来的20根发展为24根,这样能够访问的内存可以达到2^24=16M,但是Intel在设计80286时提出的目标是向下兼容,所以在实模式下,系统所表现的行为应该和8086/8088所表现的完全一样,也就是说,在实模式下,80386以及后续系列应该和8086/8088完全兼容仍然使用A20地址线。 所以高级芯片为了运行以前的程序,不得不保留实模式。所以说80286芯片存在一个BUG:它开设A20地址线。 如果程序员访问100000H-10FFEFH之间的内存,系统将实际访问这块内存。进入实模式多此一举,可以直接进入保护模式。 解决方案:是不向下兼容直接进入32位的保护模式,经管在Intel 80286手册中已经提出了虚地址保护模式,但实际上它只是一个指引,真正的32位地址出现在Intel 80386上。 保护模式本身是80286及以后兼容处理器序列之后产成的一种操作模式,它具有许多特性设计为提高系统的多道任务和系统的稳定性。 例如内存的保护,分页机制和硬件虚拟存储的支持。现代多数的x86处理器操作系统都运行在保护模式下。 2)当PC的电源打开后,80x86结构的CPU将自动进入实模式,并从地址0xFFFF0开始自动执行程序代码,这个地址通常是ROM—BIOS中的地址。 PC机的BIOS将执行某些系统的检测,并在物理地址0处开始初始化中断向量。此后将启动设备的第一个扇区512字节读入内存绝对地址0x7C00处。 因为当时system模块的长度不会超过0x80000字节大小512KB,所以bootsect程序把system模块读入物理地址0x10000开始位置处时并不会覆盖在0x90000处开始的bootsect和setup模块,多此一举的是system模块移到内存中相对靠后的位置,以便加载系统主模块。 解决方案是在保证操作系统启动引导成功的前提下尽量扩大ROM—BIOS的内存寻址范围,以达到不需要读入靠后的位置处。 2.操作系统的引导程序都完成哪些功能?你知道几个操作系统引导程序?分别是什么? 1)操作系统的引导程序一般完成识别主机的某些特性, 2)确保内核被正确加载; 3)加载内核到内存; 4)将系统控制权交给内核; 5)通知内核所需要的根文件系统的位置; 6)确定根文件的设备号; 7)将CPU由实模式切换为保护模式等功能。 我知道的操作系统的引导程序有: 1)NTLDR,它是windows nt 4.0/windows 2000/windows xp/windows server 2003的引导文件 2)GNU GRUB,它是是一个来自GNU项目的多操作系统启动程序。GRUB是多启动规范的实现,它允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统,并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。</span> 由于实验简化,setup.s的相关实验已经不作要求,此处可参考往届学长学姐实验博客