项目组成

lab1的整体目录结构如下所示：

  1. .
  2. ├── boot
  3. │   ├── asm.h
  4. │   ├── bootasm.S
  5. │   └── bootmain.c
  6. ├── kern
  7. │   ├── debug
  8. │   │   ├── assert.h
  9. │   │   ├── kdebug.c
  10. │   │   ├── kdebug.h
  11. │   │   ├── kmonitor.c
  12. │   │   ├── kmonitor.h
  13. │   │   ├── panic.c
  14. │   │   └── stab.h
  15. │   ├── driver
  16. │   │   ├── clock.c
  17. │   │   ├── clock.h
  18. │   │   ├── console.c
  19. │   │   ├── console.h
  20. │   │   ├── intr.c
  21. │   │   ├── intr.h
  22. │   │   ├── kbdreg.h
  23. │   │   ├── picirq.c
  24. │   │   └── picirq.h
  25. │   ├── init
  26. │   │   └── init.c
  27. │   ├── libs
  28. │   │   ├── readline.c
  29. │   │   └── stdio.c
  30. │   ├── mm
  31. │   │   ├── memlayout.h
  32. │   │   ├── mmu.h
  33. │   │   ├── pmm.c
  34. │   │   └── pmm.h
  35. │   └── trap
  36. │       ├── trap.c
  37. │       ├── trapentry.S
  38. │       ├── trap.h
  39. │       └── vectors.S
  40. ├── libs
  41. │   ├── defs.h
  42. │   ├── elf.h
  43. │   ├── error.h
  44. │   ├── printfmt.c
  45. │   ├── stdarg.h
  46. │   ├── stdio.h
  47. │   ├── string.c
  48. │   ├── string.h
  49. │   └── x86.h
  50. ├── Makefile
  51. └── tools
  52.     ├── function.mk
  53.     ├── gdbinit
  54.     ├── grade.sh
  55.     ├── kernel.ld
  56.     ├── sign.c
  57.     └── vector.c
  59. 10 directories, 48 files

其中一些比较重要的文件说明如下：

bootloader部分

  • boot/bootasm.S ：定义并实现了bootloader最先执行的函数start，此函数进行了一定的初始化，完成了从实模式到保护模式的转换，并调用bootmain.c中的bootmain函数。
  • boot/bootmain.c：定义并实现了bootmain函数实现了通过屏幕、串口和并口显示字符串。bootmain函数加载ucore操作系统到内存，然后跳转到ucore的入口处执行。
  • boot/asm.h：是bootasm.S汇编文件所需要的头文件，主要是一些与X86保护模式的段访问方式相关的宏定义。

ucore操作系统部分

系统初始化部分：

  • kern/init/init.c：ucore操作系统的初始化启动代码

内存管理部分：

  • kern/mm/memlayout.h：ucore操作系统有关段管理（段描述符编号、段号等）的一些宏定义
  • kern/mm/mmu.h：ucore操作系统有关X86 MMU等硬件相关的定义，包括EFLAGS寄存器中各位的含义，应用/系统段类型，中断门描述符定义，段描述符定义，任务状态段定义，NULL段声明的宏SEG_NULL, 特定段声明的宏SEG，设置中
    断门描述符的宏SETGATE（在练习6中会用到）
  • kern/mm/pmm.[ch]：设定了ucore操作系统在段机制中要用到的全局变量：任务状态段ts，全局描述符表 gdt[]，加载全局描述符表寄存器的函数lgdt，临时的内核栈stack0；以及对全局描述符表和任务状态段的初始化函数gdt_init

外设驱动部分：

  • kern/driver/intr.[ch]：实现了通过设置CPU的eflags来屏蔽和使能中断的函数；
  • kern/driver/picirq.[ch]：实现了对中断控制器8259A的初始化和使能操作；
  • kern/driver/clock.[ch]：实现了对时钟控制器8253的初始化操作；- kern/driver/console.[ch]：实现了对串口和键盘的中断方式的处理操作；

中断处理部分：

  • kern/trap/vectors.S：包括256个中断服务例程的入口地址和第一步初步处理实现。注意，此文件是由tools/vector.c在编译ucore期间动态生成的；
  • kern/trap/trapentry.S：紧接着第一步初步处理后，进一步完成第二步初步处理；并且有恢复中断上下文的处理，即中断处理完毕后的返回准备工作；
  • kern/trap/trap.[ch]：紧接着第二步初步处理后，继续完成具体的各种中断处理操作；

内核调试部分：

  • kern/debug/kdebug.[ch]：提供源码和二进制对应关系的查询功能，用于显示调用栈关系。其中补全print_stackframe函数是需要完成的练习。其他实现部分不必深究。
  • kern/debug/kmonitor.[ch]：实现提供动态分析命令的kernel monitor，便于在ucore出现bug或问题后，能够进入kernel monitor中，查看当前调用关系。实现部分不必深究。
  • kern/debug/panic.c | assert.h：提供了panic函数和assert宏，便于在发现错误后，调用kernel monitor。大家可在编程实验中充分利用assert宏和panic函数，提高查找错误的效率。

公共库部分

  • libs/defs.h：包含一些无符号整型的缩写定义。
  • Libs/x86.h：一些用GNU C嵌入式汇编实现的C函数（由于使用了inline关键字，所以可以理解为宏）。

工具部分

  • Makefile和function.mk：指导make完成整个软件项目的编译，清除等工作。
  • sign.c：一个C语言小程序，是辅助工具，用于生成一个符合规范的硬盘主引导扇区。
  • tools/vector.c：生成vectors.S，此文件包含了中断向量处理的统一实现。

编译方法

首先下载lab1.tar.bz2，然后解压lab1.tar.bz2。在lab1目录下执行make，可以生成ucore.img（生成于bin目录下）。ucore.img是一个包含了bootloader或OS的硬盘镜像，通过执行如下命令可在硬件虚拟环境 qemu中运行bootloader或OS：

  1.     $ make qemu

则可以得到如下显示界面（仅供参考）

  1.  (THU.CST) os is loading ...
  3. Special kernel symbols:
  4.   entry  0x00100000 (phys)
  5.   etext  0x00103468 (phys)
  6.   edata  0x0010ea18 (phys)
  7.   end    0x0010fd80 (phys)
  8. Kernel executable memory footprint: 64KB
  9. ebp:0x00007b38 eip:0x00100a55 args:0x00010094 0x00010094 0x00007b68 0x00100084 
  10.     kern/debug/kdebug.c:305: print_stackframe+21
  11. ebp:0x00007b48 eip:0x00100d3a args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007bb8 
  12.     kern/debug/kmonitor.c:125: mon_backtrace+10
  13. ebp:0x00007b68 eip:0x00100084 args:0x00000000 0x00007b90 0xffff0000 0x00007b94 
  14.     kern/init/init.c:48: grade_backtrace2+19
  15. ebp:0x00007b88 eip:0x001000a5 args:0x00000000 0xffff0000 0x00007bb4 0x00000029 
  16.     kern/init/init.c:53: grade_backtrace1+27
  17. ebp:0x00007ba8 eip:0x001000c1 args:0x00000000 0x00100000 0xffff0000 0x00100043 
  18.     kern/init/init.c:58: grade_backtrace0+19
  19. ebp:0x00007bc8 eip:0x001000e1 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00103480 
  20.     kern/init/init.c:63: grade_backtrace+26
  21. ebp:0x00007be8 eip:0x00100050 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f 
  22.     kern/init/init.c:28: kern_init+79
  23. ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d61 args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8 
  24.     <unknow>: -- 0x00007d60 --
  25. ++ setup timer interrupts
  26. 0: @ring 0
  27. 0:  cs = 8
  28. 0:  ds = 10
  29. 0:  es = 10
  30. 0:  ss = 10
  31. +++ switch to  user  mode +++
  32. 1: @ring 3
  33. 1:  cs = 1b
  34. 1:  ds = 23
  35. 1:  es = 23
  36. 1:  ss = 23
  37. +++ switch to kernel mode +++
  38. 2: @ring 0
  39. 2:  cs = 8
  40. 2:  ds = 10
  41. 2:  es = 10
  42. 2:  ss = 10
  43. 100 ticks
  44. 100 ticks
  45. 100 ticks
  46. 100 ticks