北航操作系统实验Lab1

Exercise 1.1

  • 修改交叉编译路径为 /OSLAB/compiler/usr/bin/mips_4KC-

ex1_1.png

  • gxemul/ 目录下生成vmlinux 内核文件

ex1_2.png

Exercise 1.2

ELF(Executable and Linkable Format) 是一种文件格式，从名字上看它是可执行文件和可链接文件的格式。通常多个.c文件经过编译以后，生成多个.o文件(也即是目标文件)， 这些.o文件就是ELF格式，然后链接器将多个.o链接到一起就得到了一个可执行文件。可执行文件也是ELF格式。

那么，ELF 文件中都包含有什么东西呢？简而言之，就是和程序相关的所有必要信息。具体来说包含5个部分。

  1. ELF Header，包括程序的基本信息，比如体系结构和操作系统，同时也包含了 Section Header Table 和 Program Header Table 相对文件的偏移量 (offset)。
  2. Program Header Table，也可以称为 Segment Table，它是一个数组，数组中的每一项描述了程序中每一个Segment的信息，Segment 的信息需要在运行时刻使用。
  3. Section Header Table，它也是个数组，数组的每一项描述了每一个Section的信息，Section 的信息需要在程序编译和链接的时候使用。
  4. Segments，就是各个 Segment。Segment 则记录了每一段数据（包括代码等内容）需要被载入到哪里，记录了用于指导应用程序加载的各类信息。
  5. Sections，就是各个 Section。Section 记录了程序的代码段、数据段等各个段的内容，主要是链接器在链接的过程中需要使用。

详细信息请参考手册。ELF手册

补全 readelf.c 文件

  • 方法1
// get section table addr, section header number and section header size.
shdr = (Elf32_Shdr *)(binary + ehdr -> e_shoff); //section table addr
sh_entry_count = ehdr -> e_shnum; //section header number
sh_entry_size = ehdr -> e_shentsize; //section header size
// for each section header, output section number and section addr.
for(Nr = 0; Nr < sh_entry_count; ++ Nr)
{
    printf("%d:0x%x\n" , Nr , shdr->sh_addr);
    shdr ++ ;
}
  • 方法2
// get section table addr, section header number and section header size.
ptr_sh_table = binary + ehdr -> e_shoff;
sh_entry_count = ehdr -> e_shnum; //section header number
sh_entry_size = ehdr -> e_shentsize; //section header size
// for each section header, output section number and section addr.
for(Nr = 0; Nr < sh_entry_count; ++ Nr)
{
    shdr = (Elf32_Shdr *)(ptr_sh_table);
    printf("%d:0x%x\n" , Nr , shdr->sh_addr);
    ptr_sh_table += sh_entry_size;
}

解析 testELF 文件

ex2_1.png

ex2_2.png

Exercise 1.3

实验使用的操作系统内核就是我们上面生成的vmlinux文件，这个文件是个可执行文件，ELF格式。它是经过多个.c文件编译成.o文件后，然后链接器将多个.o文件链接成一个最终的可执行文件vmlinux。我们的模拟器gxemul会把vmlinux文件加载到内存，然后跳转到内核入口(其实是个地址)，CPU会从这个入口地方开始取址执行，这样操作系统就启动完毕了。内核文件里面有代码，数据等，内核文件应该被加载到哪个地方呢？换而言之这些代码和数据应该存储在内存中哪个地方？通过内存布局图可以发现我们需要把内核文件加载到Kernel Text处，也即是地址0x80010000处。如何设置内核加载的位置？
首先我们需要知道，一个可执行文件是根据什么加载到内存。是根据ELF文件里的内容，ELF文件记录了这个文件的各个段应该被加载到哪个地址，然后程序把这个文件加载到这个地址(这个在后面Lab3里面会让你来实现这个过程)。我们可以看到vmlinux文件是由多个.o文件链接而成的，然后得到ELF文件vmlinux。ELF文件记录了这个文件应该被加载到哪个地方，因此我们可以在链接生成ELF文件的时候，指定这个加载位置为0x80010000！将内核文件加载到指定位置上，CPU不一定从这个位置开始执行。指导书上也说了程序入口的几种设置方法，本实验显然是使用 ENTRY() 指令指定了程序入口为 _start 函数。

补全 tools/scse_03.lds

  • 将起始地址设为 0x80010000
SECTIONS
{
  . = 0x80010000;
  .text : { *(.text) }
  .data : { *(.data) }
  .bss : { *(.bss) }
end = . ;
}

查看地址

  • 重新make，生成vmlinux内核文件

ex3_1.png

  • 查看各个section的地址

ex3_2.png

Exercise 1.4

补全 boot/start.S

  • 栈指针地址应设为 0x80400000
/*To do: 
  set up stack 
  you can reference the memory layout in the include/mmu.h
*/
li sp, 0x80400000 // 设置栈指针
jal main // 跳转到main函数
nop

运行 vmlinux 文件

  • 重新make

ex4_11.png

  • 执行命令 gxemul -E testmips -C R3000 -M 64 elf-file

elf-file为编译生成的vmlinux文件的路径

ex4_2.png

Exercise 1.5

补全 lp_Print() 函数

  • 找到 %
/* scan for the next '%' */
while((*fmt) != '\0' && (*fmt) != '%') {
    OUTPUT(arg, fmt, 1);//其他字符，直接输出
    fmt ++ ;
}  
/* flush the string found so far */

/* are we hitting the end? */
if((*fmt) == '\0' ) break; //结束了
  • 取出参数
/*init the variable */
longFlag = 0;
negFlag = 0;
width = 0;
ladjust = 0;//默认右对齐
prec = 0;
padc = ' ';

/* we found a '%' */
fmt ++ ;

/* check for other prefixes */

/*check for flag */
if(*fmt == '-') ladjust = 1, fmt ++;
else if(*fmt == '0') padc = '0' , fmt ++;

/*check for width */
for(; IsDigit(*fmt); fmt ++ ) width = width * 10 + Ctod(*fmt) ;

/*check for precision */
if(*fmt == '.') 
{
    fmt ++ ;
    for(; IsDigit(*fmt); fmt ++ ) 
        prec = prec * 10 + Ctod(*fmt) ;
}

/* check for long */
if( *fmt == 'l' ) {
    longFlag = 1;
    fmt ++ ;
}

输出结果

  • 重新make

ex5_1.png

  • 执行命令 gxemul -E testmips -C R3000 -M 64 elf-file , 查看输出结果

ex5_2.png

push到远程进行测试

  • git push

ex5_3.png

  • 结果

ex5_4.png

Last modification：July 26th, 2020 at 10:46 am
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