Lab1 report
[练习1]
[练习1.1] 操作系统镜像文件 ucore.img 是如何一步一步生成的?(需要比较详细地解释 Makefile 中每一条相关命令和命令参数的含义,以及说明命令导致的结果)
1.进入lab1_result目录,输入make clean来清除已编译的东西
moocos-> make clean
rm -f -r obj bin
2.查看
make V=
moocos-> make V=
+ cc kern/init/init.c
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
+ cc kern/libs/readline.c
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
+ cc kern/libs/stdio.c
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
+ cc kern/debug/kdebug.c
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
+ cc kern/debug/kmonitor.c
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
+ cc kern/debug/panic.c
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
+ cc kern/driver/clock.c
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
+ cc kern/driver/console.c
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
+ cc kern/driver/intr.c
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
+ cc kern/driver/picirq.c
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
+ cc kern/trap/trap.c
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
+ cc kern/trap/trapentry.S
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
+ cc kern/trap/vectors.S
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
+ cc kern/mm/pmm.c
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
+ cc libs/printfmt.c
gcc -Ilibs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -c libs/printfmt.c -o obj/libs/printfmt.o
+ cc libs/string.c
gcc -Ilibs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -c libs/string.c -o obj/libs/string.o
+ ld bin/kernel
ld -m elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel obj/kern/init/init.o obj/kern/libs/readline.o obj/kern/libs/stdio.o obj/kern/debug/kdebug.o obj/kern/debug/kmonitor.o obj/kern/debug/panic.o obj/kern/driver/clock.o obj/kern/driver/console.o obj/kern/driver/intr.o obj/kern/driver/picirq.o obj/kern/trap/trap.o obj/kern/trap/trapentry.o obj/kern/trap/vectors.o obj/kern/mm/pmm.o obj/libs/printfmt.o obj/libs/string.o
+ cc boot/bootasm.S
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc -c boot/bootasm.S -o obj/boot/bootasm.o
+ cc boot/bootmain.c
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc -c boot/bootmain.c -o obj/boot/bootmain.o
+ cc tools/sign.c
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
+ ld bin/bootblock
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!
dd if=/dev/zero of=bin/ucore.img count=10000
10000+0 records in
10000+0 records out
5120000 bytes (5.1 MB) copied, 0.0374739 s, 137 MB/s
dd if=bin/bootblock of=bin/ucore.img conv=notrunc
1+0 records in
1+0 records out
512 bytes (512 B) copied, 0.000181796 s, 2.8 MB/s
dd if=bin/kernel of=bin/ucore.img seek=1 conv=notrunc
146+1 records in
146+1 records out
74923 bytes (75 kB) copied, 0.00176758 s, 42.4 MB/s
bin/ucore.img
生成ucore.img的相关代码为
$(UCOREIMG): $(kernel) $(bootblock)
@ count=10000
(bootblock) of=$@ conv=notrunc
(kernel) of=$@ seek=1 conv=notrunc
为了生成ucore.img，首先需要生成bootblock、kernel
bin/bootblock
生成bootblock的相关代码为
$(bootblock): (bootfiles)) $(call totarget,sign)
@echo + ld $@
(LD) $(LDFLAGS) -N -e start -Ttext 0x7C00 $^
-o (OBJDUMP) -S $(call objfile,bootblock) >
(OBJCOPY) -S -O binary $(call objfile,bootblock)
(call totarget,sign) $(call outfile,bootblock) $(bootblock)
为了生成bootblock，首先需要生成bootasm.o、bootmain.o、sign
obj/boot/bootasm.o, obj/boot/bootmain.o
生成bootasm.o,bootmain.o的相关makefile代码为
bootfiles = $(call listf_cc,boot)
(bootfiles), (f),$(CC),
$(CFLAGS) -Os -nostdinc))
实际代码由宏批量生成
生成bootasm.o需要bootasm.S
实际命令为
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs
-nostdinc -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc
-c boot/bootasm.S -o obj/boot/bootasm.o
其中关键的参数为
-ggdb 生成可供gdb使用的调试信息。这样才能用qemu+gdb来调试bootloader or ucore。
-m32 生成适用于32位环境的代码。我们用的模拟硬件是32bit的80386，所以ucore也要是32位的软件。
-gstabs 生成stabs格式的调试信息。这样要ucore的monitor可以显示出便于开发者阅读的函数调用栈信息
-nostdinc 不使用标准库。标准库是给应用程序用的，我们是编译ucore内核，OS内核是提供服务的，所以所有的服务要自给自足。
-fno-stack-protector 不生成用于检测缓冲区溢出的代码。这是for 应用程序的，我们是编译内核，ucore内核好像还用不到此功能。
-Os 为减小代码大小而进行优化。根据硬件spec，主引导扇区只有512字节，我们写的简单bootloader的最终大小不能大于510字节。
-I添加搜索头文件的路径
生成bootmain.o需要bootmain.c
实际命令为
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc
fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc
-c boot/bootmain.c -o obj/boot/bootmain.o
新出现的关键参数有
-fno-builtin 除非用__builtin_前缀，
否则不进行builtin函数的优化
bin/sign
生成sign工具的makefile代码为
$(call add_files_host,tools/sign.c,sign,sign)
$(call create_target_host,sign,sign)
实际命令为
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
首先生成bootblock.o
ld -m elf_i386 -nostdlib -N -e start -Ttext 0x7C00
obj/boot/bootasm.o obj/boot/bootmain.o -o obj/bootblock.o
其中关键的参数为
-m 模拟为i386上的连接器
-nostdlib 不使用标准库
-N 设置代码段和数据段均可读写
-e 指定入口
-Ttext 制定代码段开始位置
拷贝二进制代码bootblock.o到bootblock.out
objcopy -S -O binary obj/bootblock.o obj/bootblock.out
其中关键的参数为
-S 移除所有符号和重定位信息
-O <bfdname> 指定输出格式
使用sign工具处理bootblock.out，生成bootblock
bin/sign obj/bootblock.out bin/bootbloc
bin/kernel
生成kernel的相关代码为
$(kernel): tools/kernel.ld
$(kernel): $(KOBJS)
@echo + ld $@
(LD) $(LDFLAGS) -T tools/kernel.ld -o $@ (OBJDUMP) -S $@ > (OBJDUMP) -t $@ KaTeX parse error: Undefined control sequence: \ at position 38: …/d; s/ .* / /; \̲ ̲ /^$/d’ > $(call symfile,kernel)
为了生成kernel，首先需要 kernel.ld init.o readline.o stdio.o kdebug.o
kmonitor.o panic.o clock.o console.o intr.o picirq.o trap.o
trapentry.o vectors.o pmm.o printfmt.o string.o
kernel.ld已存在
> obj/kern/*/*.o
生成这些.o文件的相关makefile代码为
$(call add_files_cc,$(call listf_cc,$(KSRCDIR)),kernel,\
$(KCFLAGS))
这些.o生成方式和参数均类似，仅举init.o为例，其余不赘述
> obj/kern/init/init.o
编译需要init.c
实际命令为
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
生成kernel时，makefile的几条指令中有@前缀的都不必需
必需的命令只有
ld -m elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel \
obj/kern/init/init.o obj/kern/libs/readline.o \
obj/kern/libs/stdio.o obj/kern/debug/kdebug.o \
obj/kern/debug/kmonitor.o obj/kern/debug/panic.o \
obj/kern/driver/clock.o obj/kern/driver/console.o \
obj/kern/driver/intr.o obj/kern/driver/picirq.o \
obj/kern/trap/trap.o obj/kern/trap/trapentry.o \
obj/kern/trap/vectors.o obj/kern/mm/pmm.o \
obj/libs/printfmt.o obj/libs/string.o
其中新出现的关键参数为
-T <scriptfile> 让连接器使用指定的脚本
生成一个有10000个块的文件，每个块默认512字节，用0填充
dd if=/dev/zero of=bin/ucore.img count=10000
把bootblock中的内容写到第一个块
dd if=bin/bootblock of=bin/ucore.img conv=notrunc
从第二个块开始写kernel中的内容
dd if=bin/kernel of=bin/ucore.img seek=1 conv=notrunc
查看sign.c文件内容
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
struct stat st;
if (argc != 3) {
fprintf(stderr, "Usage: <input filename> <output filename>\n");
return -1;
}
if (stat(argv[1], &st) != 0) {
fprintf(stderr, "Error opening file '%s': %s\n", argv[1], strerror(errno));
return -1;
}
printf("'%s' size: %lld bytes\n", argv[1], (long long)st.st_size);
if (st.st_size > 510) {
fprintf(stderr, "%lld >> 510!!\n", (long long)st.st_size);
return -1;
}
char buf[512];
memset(buf, 0, sizeof(buf));
FILE *ifp = fopen(argv[1], "rb");
int size = fread(buf, 1, st.st_size, ifp);
if (size != st.st_size) {
fprintf(stderr, "read '%s' error, size is %d.\n", argv[1], size);
return -1;
}
fclose(ifp);
buf[510] = 0x55;
buf[511] = 0xAA;
FILE *ofp = fopen(argv[2], "wb+");
size = fwrite(buf, 1, 512, ofp);
if (size != 512) {
fprintf(stderr, "write '%s' error, size is %d.\n", argv[2], size);
return -1;
}
fclose(ofp);
printf("build 512 bytes boot sector: '%s' success!\n", argv[2]);
return 0;
}
[练习1.2] 一个被系统认为是符合规范的硬盘主引导扇区的特征是什么?
从sign.c的代码来看，一个磁盘主引导扇区只有512字节。且
第510个（倒数第二个）字节是0x55，
第511个（倒数第一个）字节是0xAA。
[练习2]
[练习2.1] 从 CPU 加电后执行的第一条指令开始,单步跟踪 BIOS 的执行。
练习2可以单步跟踪，方法如下：
1 修改 lab1/tools/gdbinit,内容为:
set architecture i8086
target remote :1234
在 lab1目录下，执行
make debug
在看到gdb的调试界面(gdb)后，在gdb调试界面下执行如下命令
si
即可单步跟踪BIOS了。
在gdb界面下，可通过如下命令来看BIOS的代码
x /2i $pc //显示当前eip处的汇编指令
改写Makefile文件
debug: $(UCOREIMG)
(TERMINAL) -e “$(QEMU) -S -s -d in_asm -D $(BINDIR)/q.log -parallel stdio -hda $< -serial null”
$(V)sleep 2
(TERMINAL) -e “gdb -q -tui -x tools/gdbinit”
在调用qemu时增加`-d in_asm -D q.log`参数，便可以将运行的汇编指令保存在q.log中。
为防止qemu在gdb连接后立即开始执行，删除了`tools/gdbinit`中的`continue`行。
[练习2.2] 在初始化位置0x7c00 设置实地址断点,测试断点正常。
在tools/gdbinit结尾加上
set architecture i8086 //设置当前调试的CPU是8086
b *0x7c00 //在0x7c00处设置断点。此地址是bootloader入口点地址，可看boot/bootasm.S的start地址处
c //continue简称，表示继续执行
x /2i $pc //显示当前eip处的汇编指令
set architecture i386 //设置当前调试的CPU是80386
运行"make debug"便可得到
Breakpoint 2, 0x00007c00 in ?? ()
=> 0x7c00: cli
0x7c01: cld
0x7c02: xor %eax,%eax
0x7c04: mov %eax,%ds
0x7c06: mov %eax,%es
0x7c08: mov %eax,%ss
0x7c0a: in $0x64,%al
0x7c0c: test $0x2,%al
0x7c0e: jne 0x7c0a
0x7c10: mov $0xd1,%al
[练习2.3] 在调用qemu 时增加-d in_asm -D q.log 参数，便可以将运行的汇编指令保存在q.log 中。
将执行的汇编代码与bootasm.S 和 bootblock.asm 进行比较，看看二者是否一致。
在tools/gdbinit结尾加上
b *0x7c00
c
x /10i $pc
便可以在q.log中读到"call bootmain"前执行的命令
IN:
0x00007c00: cli
IN:
0x00007c01: cld
0x00007c02: xor %ax,%ax
0x00007c04: mov %ax,%ds
0x00007c06: mov %ax,%es
0x00007c08: mov %ax,%ss
IN:
0x00007c0a: in $0x64,%al
IN:
0x00007c0c: test $0x2,%al
0x00007c0e: jne 0x7c0a
----------------
IN:
0x00007c10: mov $0xd1,%al
0x00007c12: out %al,$0x64
0x00007c14: in $0x64,%al
0x00007c16: test $0x2,%al
0x00007c18: jne 0x7c14
----------------
IN:
0x00007c1a: mov $0xdf,%al
0x00007c1c: out %al,$0x60
0x00007c1e: lgdtw 0x7c6c
0x00007c23: mov %cr0,%eax
0x00007c26: or $0x1,%eax
0x00007c2a: mov %eax,%cr0
----------------
IN:
0x00007c2d: ljmp $0x8,$0x7c32
----------------
IN:
0x00007c32: mov $0x10,%ax
0x00007c36: mov %eax,%ds
----------------
IN:
0x00007c38: mov %eax,%es
IN:
0x00007c3a: mov %eax,%fs
0x00007c3c: mov %eax,%gs
0x00007c3e: mov %eax,%ss
IN:
0x00007c40: mov $0x0,%ebp
IN:
0x00007c45: mov $0x7c00,%esp
0x00007c4a: call 0x7d0d
IN:
0x00007d0d: push %ebp
其与bootasm.S和bootblock.asm中的代码相同。
[练习3]
分析bootloader 进入保护模式的过程。
从%cs=0 $pc=0x7c00，进入后
首先清理环境：包括将flag置0和将段寄存器置0
.code16
cli
cld
xorw %ax, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
movw %ax, %ss
开启A20：通过将键盘控制器上的A20线置于高电位，全部32条地址线可用，
可以访问4G的内存空间。
seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙
inb $0x64, %al #
testb $0x2, %al #
jnz seta20.1 #
movb $0xd1, %al # 发送写8042输出端口的指令
outb %al, $0x64 #
seta20.1: # 等待8042键盘控制器不忙
inb $0x64, %al #
testb $0x2, %al #
jnz seta20.1 #
movb $0xdf, %al # 打开A20
outb %al, $0x60 #
初始化GDT表：一个简单的GDT表和其描述符已经静态储存在引导区中，载入即可
lgdt gdtdesc
进入保护模式：通过将cr0寄存器PE位置1便开启了保护模式
movl %cr0, %eax
orl $CR0_PE_ON, %eax
movl %eax, %cr0
通过长跳转更新cs的基地址
ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg
.code32
protcseg:
设置段寄存器，并建立堆栈
movw $PROT_MODE_DSEG, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
movw %ax, %fs
movw %ax, %gs
movw %ax, %ss
movl $0x0, %ebp
movl $start, %esp
转到保护模式完成，进入boot主方法
call bootmain
[练习4]
分析bootloader加载ELF格式的OS的过程。
首先看readsect函数，
readsect从设备的第secno扇区读取数据到dst位置
static void
readsect(void *dst, uint32_t secno) {
waitdisk();
outb(0x1F2, 1); // 设置读取扇区的数目为1
outb(0x1F3, secno & 0xFF);
outb(0x1F4, (secno >> 8) & 0xFF);
outb(0x1F5, (secno >> 16) & 0xFF);
outb(0x1F6, ((secno >> 24) & 0xF) 0xE0);
// 上面四条指令联合制定了扇区号
// 在这4个字节线联合构成的32位参数中
// 29-31位强制设为1
// 28位(=0)表示访问"Disk 0"
// 0-27位是28位的偏移量
outb(0x1F7, 0x20); // 0x20命令，读取扇区
waitdisk();
insl(0x1F0, dst, SECTSIZE / 4); // 读取到dst位置，
// 幻数4因为这里以DW为单位
}
readseg简单包装了readsect，可以从设备读取任意长度的内容。
static void
readseg(uintptr_t va, uint32_t count, uint32_t offset) {
uintptr_t end_va = va + count;
va -= offset % SECTSIZE;
uint32_t secno = (offset / SECTSIZE) + 1;
// 加1因为0扇区被引导占用
// ELF文件从1扇区开始
for (; va < end_va; va += SECTSIZE, secno ++) {
readsect((void *)va, secno);
}
}
在bootmain函数中，
void
bootmain(void) {
// 首先读取ELF的头部
readseg((uintptr_t)ELFHDR, SECTSIZE * 8, 0);
// 通过储存在头部的幻数判断是否是合法的ELF文件
if (ELFHDR->e_magic != ELF_MAGIC) {
goto bad;
}
struct proghdr *ph, *eph;
// ELF头部有描述ELF文件应加载到内存什么位置的描述表，
// 先将描述表的头地址存在ph
ph = (struct proghdr *)((uintptr_t)ELFHDR + ELFHDR->e_phoff);
eph = ph + ELFHDR->e_phnum;
// 按照描述表将ELF文件中数据载入内存
for (; ph < eph; ph ++) {
readseg(ph->p_va & 0xFFFFFF, ph->p_memsz, ph->p_offset);
}
// ELF文件0x1000位置后面的0xd1ec比特被载入内存0x00100000
// ELF文件0xf000位置后面的0x1d20比特被载入内存0x0010e000
// 根据ELF头部储存的入口信息，找到内核的入口
((void (*)(void))(ELFHDR->e_entry & 0xFFFFFF))();
bad:
outw(0x8A00, 0x8A00);
outw(0x8A00, 0x8E00);
while (1);
}
[练习5]
实现函数调用堆栈跟踪函数
ss:ebp指向的堆栈位置储存着caller的ebp，以此为线索可以得到所有使用堆栈的函数ebp。
ss:ebp+4指向caller调用时的eip，ss:ebp+8等是（可能的）参数。
输出中，堆栈最深一层为
ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d68 \
args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f
<unknow>: -- 0x00007d67 --
其对应的是第一个使用堆栈的函数，bootmain.c中的bootmain。
bootloader设置的堆栈从0x7c00开始，使用"call bootmain"转入bootmain函数。
call指令压栈，所以bootmain中ebp为0x7bf8。
[练习6]
完善中断初始化和处理
[练习6.1] 中断向量表中一个表项占多少字节？其中哪几位代表中断处理代码的入口？
中断向量表一个表项占用8字节，其中2-3字节是段选择子，0-1字节和6-7字节拼成位移，
两者联合便是中断处理程序的入口地址。
[练习6.2] 请编程完善kern/trap/trap.c中对中断向量表进行初始化的函数idt_init。
struct trapframe {
struct pushregs tf_regs;
uint16_t tf_gs;
uint16_t tf_padding0;
uint16_t tf_fs;
uint16_t tf_padding1;
uint16_t tf_es;
uint16_t tf_padding2;
uint16_t tf_ds;
uint16_t tf_padding3;
uint32_t tf_trapno;
/* below here defined by x86 hardware */
uint32_t tf_err;
uintptr_t tf_eip;
uint16_t tf_cs;
uint16_t tf_padding4;
uint32_t tf_eflags;
/* below here only when crossing rings, such as from user to kernel */
uintptr_t tf_esp;
uint16_t tf_ss;
uint16_t tf_padding5;
} __attribute__((packed));
trap.c中的print_ticks():
static void print_ticks() {
cprintf("%d ticks\n",TICK_NUM);
#ifdef DEBUG_GRADEvolatile size_t ticks;
cprintf("End of Test.\n");
panic("EOT: kernel seems ok.");
#endif
}
clock.h中的ticks:
volatile size_t ticks;
trap.c中的TICK_NUM：
#define TICK_NUM 100
[练习6.3] 请编程完善trap.c中的中断处理函数trap，在对时钟中断进行处理的部分填写trap函数
定义变量：
1
struct trapframe switchk2u, *switchu2k;
结构体 trapframe
struct trapframe {
struct pushregs tf_regs;
uint16_t tf_gs;
uint16_t tf_padding0;
uint16_t tf_fs;
uint16_t tf_padding1;
uint16_t tf_es;
uint16_t tf_padding2;
uint16_t tf_ds;
uint16_t tf_padding3;
uint32_t tf_trapno;
/* below here defined by x86 hardware */
uint32_t tf_err;
uintptr_t tf_eip;
uint16_t tf_cs;
uint16_t tf_padding4;
uint32_t tf_eflags;
/* below here only when crossing rings, such as from user to kernel */
uintptr_t tf_esp;
uint16_t tf_ss;
uint16_t tf_padding5;
} __attribute__((packed));
宏定义：
#define IRQ_OFFSET 32
#define IRQ_TIMER 0
#define IRQ_KBD 1
#define IRQ_COM1 4
#define T_SWITCH_TOU 120
#define USER_CS ((GD_UTEXT) | DPL_USER)
#define USER_DS ((GD_UDATA) | DPL_USER)
#define KERNEL_DS ((GD_KDATA) | DPL_KERNEL)
#define TICK_NUM 100
print_ticks函数
static void print_ticks() {
cprintf("%d ticks\n",TICK_NUM);
#ifdef DEBUG_GRADE
cprintf("End of Test.\n");
panic("EOT: kernel seems ok.");
#endif
}
trap_dispatch函数的实现：
static void
trap_dispatch(struct trapframe *tf) {
char c;
switch (tf->tf_trapno) {
case IRQ_OFFSET + IRQ_TIMER:
ticks ++;
if (ticks % TICK_NUM == 0) {
print_ticks();
}
break;
//下面的代码不用我们实现
case IRQ_OFFSET + IRQ_COM1:
c = cons_getc();
cprintf("serial [%03d] %c\n", c, c);
break;
case IRQ_OFFSET + IRQ_KBD:
c = cons_getc();
cprintf("kbd [%03d] %c\n", c, c);
break;
case T_SWITCH_TOU:
if (tf->tf_cs != USER_CS) {
switchk2u = *tf;
switchk2u.tf_cs = USER_CS;
switchk2u.tf_ds = switchk2u.tf_es = switchk2u.tf_ss = USER_DS;
switchk2u.tf_esp = (uint32_t)tf + sizeof(struct trapframe) - 8;
switchk2u.tf_eflags |= FL_IOPL_MASK;
*((uint32_t *)tf - 1) = (uint32_t)&switchk2u;
}
break;
case T_SWITCH_TOK:
if (tf->tf_cs != KERNEL_CS) {
tf->tf_cs = KERNEL_CS;
tf->tf_ds = tf->tf_es = KERNEL_DS;
tf->tf_eflags &= ~FL_IOPL_MASK;
switchu2k = (struct trapframe *)(tf->tf_esp - (sizeof(struct trapframe) - 8));
memmove(switchu2k, tf, sizeof(struct trapframe) - 8);
*((uint32_t *)tf - 1) = (uint32_t)switchu2k;
}
break;
case IRQ_OFFSET + IRQ_IDE1:
case IRQ_OFFSET + IRQ_IDE2:
break;
default:
if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
print_trapframe(tf);
panic("unexpected trap in kernel.\n");
}
}
}
[练习7]
增加syscall功能，即增加一用户态函数（可执行一特定系统调用：获得时钟计数值），
当内核初始完毕后，可从内核态返回到用户态的函数，而用户态的函数又通过系统调用得到内核态的服务
在idt_init中，将用户态调用SWITCH_TOK中断的权限打开。
SETGATE(idt[T_SWITCH_TOK], 1, KERNEL_CS, __vectors[T_SWITCH_TOK], 3);
在trap_dispatch中，将iret时会从堆栈弹出的段寄存器进行修改
对TO User
tf->tf_cs = USER_CS;
tf->tf_ds = USER_DS;
tf->tf_es = USER_DS;
tf->tf_ss = USER_DS;
对TO Kernel
tf->tf_cs = KERNEL_CS;
tf->tf_ds = KERNEL_DS;
tf->tf_es = KERNEL_DS;
在lab1_switch_to_user中，调用T_SWITCH_TOU中断。
注意从中断返回时，会多pop两位，并用这两位的值更新ss,sp，损坏堆栈。
所以要先把栈压两位，并在从中断返回后修复esp。
asm volatile (
"sub $0x8, %%esp \n"
"int %0 \n"
"movl %%ebp, %%esp"
:
: "i"(T_SWITCH_TOU)
);
在lab1_switch_to_kernel中，调用T_SWITCH_TOK中断。
注意从中断返回时，esp仍在TSS指示的堆栈中。所以要在从中断返回后修复esp。
asm volatile (
"int %0 \n"
"movl %%ebp, %%esp \n"
:
: "i"(T_SWITCH_TOK)
);
但这样不能正常输出文本。根据提示，在trap_dispatch中转User态时，将调用io所需权限降低。
tf->tf_eflags = 0x3000;
