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OS Lab1

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操作系统实验课 Lab1 实验报告

思考题

Thinking 1.1

向objdump传入参数 -DS，-D代表反汇编所有内容，-S代表在结果中将十六进制汇编码和反汇编结果共同显示。

使用MIPS交叉编译工具链得到的对应main.c的反汇编对应main部分如下：

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00000000 <main>:
   0:	27bdffe0 	addiu	sp,sp,-32
   4:	afbf001c 	sw	ra,28(sp)
   8:	afbe0018 	sw	s8,24(sp)
   c:	03a0f025 	move	s8,sp
  10:	3c1c0000 	lui	gp,0x0
  14:	279c0000 	addiu	gp,gp,0
  18:	afbc0010 	sw	gp,16(sp)
  1c:	3c020000 	lui	v0,0x0
  20:	24440000 	addiu	a0,v0,0
  24:	8f820000 	lw	v0,0(gp)
  28:	0040c825 	move	t9,v0
  2c:	0320f809 	jalr	t9
  30:	00000000 	nop
  34:	8fdc0010 	lw	gp,16(s8)
  38:	00001025 	move	v0,zero
  3c:	03c0e825 	move	sp,s8
  40:	8fbf001c 	lw	ra,28(sp)
  44:	8fbe0018 	lw	s8,24(sp)
  48:	27bd0020 	addiu	sp,sp,32
  4c:	03e00008 	jr	ra
  50:	00000000 	nop
  ...

Thinking 1.2

使用我们编写的readelf 解析 target/mos 得到：

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0:0x0
1:0x80010000
2:0x80011d10
3:0x80011d28
4:0x80011d40
5:0x0
6:0x0
7:0x0
8:0x0
9:0x0
10:0x0
11:0x0
12:0x0
13:0x0
14:0x0
15:0x0
16:0x0

我们编写的 readelf 不能解析自身的原因是：hello在编译时加入了 -m32编译选项，而readelf没有，代表hello是按32位程序编译的，而readelf没有指定，按默认的64位编译。使用 objdump -h也能发现：hello 的类别是 ELF32，readelf的类别是 ELF64。

Thinking 1.3

由指导书附录A.1部分可知，操作系统上电启动需要调用 bootloader 先由 ROM 中刻好的 stage1 初始化硬件，再将存储设备中的 stage2 部分代码放入 RAM 并调用。显然这里的启动入口地址对应 bootloader 的 stage2 所在的地址，而不是操作系统的内核入口。待 stage2 载入内核，设置好启动参数后，才会跳转到在固定的内核地址的内核部分。

实验中，GXemul 本身支持加载 ELF 格式内核，所以启动流程被简化为直接加载内核到内存并跳转到内核的入口（具体内核各节的加载地址也可以由更改 Linker Script 文件来更改），因此只需要将内核放在规定好的内核入口处即可正常启动内核。

难点分析

指针基础

Exercise 1.1中我和其他同学发现一个共性问题，如下代码所示：

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sh_table = ehdr + ehdr->e_shoff; // wrong
sh_table = binary + ehdr->e_shoff; // right

前者错误，后者正确。主要是因为C语言的指针运算特性：某type类型的指针+1实际上会让指针地址值增加sizeof(type)，在本题情况下就是sizeof(Elf32_Ehdr)，但这显然不是offset对应的单位，因此应该更换成类型为void *的binary指针，或者采用下列这种写法：

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sh_table = (void *)ehdr + ehdr->e_shoff;

Linker Script

Exercise 1.2中，需要注意空格和示例内容一样，不能少空格，不然会syntax error。（冒号左右和左右大括号的左右都要加空格）

printk()

对于Exercise1.4，首先是涉及指针操作，不能搞混fmt和*fmt，即避免出现将fmt作为字符处理或进行类似*fmt++的操作。

其次是注意每次循环间width, long_flag, neg_flag, ladjust, padc五个变量值要记得重置回默认值（可以在循环开头直接赋值默认值，也可以通过保证所有分支结构都写else的方式解决，我使用的是后者）。

最后有一个需要略微阅读其他部分代码的地方：有符号整数对负数的处理。这里如果只是对负值进行判断并赋值neg_flag并传入的话是不够的，需要将num取负，因为print_num接收到的neg_flag仅用于指示是否输出负号，实际打印时永远按无符号数打印，所以需要取负。

实验体会

刚开始阅读Lab1部分的时候还有种不知所云的感受，但是采取“先记住，往后慢慢读”的方式逐渐的也就理解了神奇的操作系统（很小的一部分）。Lab1整体能学到不少东西，不过代码部分还是相对简单，个人认为相比CO略显轻松，期待后续内容。