操作系统实验1

选择了唯一的Challenge。

Exercise 2

BIOS在初始化%ss与%esp寄存器，并通过一系列in/out指令设置输入输出。

Exercise 3

Question 1

执行ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg后进入32位代码。

这是通过seta20.1和seta20.2打开A20，并切换到保护模式实现的。

Question 2

bootloader的最后一条指令是call *0x10018，对应着bootmain()函数的((void (*)(void))(ELFHDR->e_entry))()语句。

内核的第一条指令是movw $0x1234,0x472。

Question 3

内核的第一条指令位于0x10000c。

Question 4

在bootmain函数中，读取elf文件头。然后，根据elf文件头的信息，去读取各个程序段头。最终，通过程序段头的memsz信息，获知每个程序段的大小，并以此在readseg()函数算出扇区数。

Exercise 5

第一条执行错误的指令是lgdt gdtdesc。

第一条“break”的指令是ljmp $PROT_MODE_CSEG,$protcseg，也即ljmp $0x8,$0x7c36。

因为这一行指令不是位置无关代码，而protecseg链接到了错误的位置。

Exercise 6

bootloader的bootmain()函数的for循环的第一次运行，会读取内核.text段的前29058字节到0x100000。这8个字即是内核.text段的前8个字。

Exercise 7

指令jmp *%eax会发生异常。

Exercise 8

在lib/printfmt.c文件中有一vprintfmt()函数，其中switch的case 'o'修改如下：

case 'o':
    num = getuint(&ap, lflag);
    base = 8;
    goto number;

Question 1

在kern/printf.c和kern/console.c之间的接口是cputchar()函数。具体来说，是这样的：

kern/console.c中的cputchar()函数实质上是cons_putc()的套壳。后者在控制台中输出一个字符。
kern/printf.c中有putch()函数，实质上是cputchar()的套壳。
putch()的函数指针作为vprintfmt()的第一个参数。后者又被vcprintf()`调用。
vcprintf()又被cprintf()调用。

Question 2

在已输出的字符数大于CRT_SIZE时，将屏幕滚动一行。

Question 3

参数fmt指向格式化字符串"x %d, y %x, z %d\n"；ap指向变参结构体。

text

cprintf()
    vcprintf()
        cons_putc('x')
        cons_putc(' ')
        va_arg(), ap 由指向 x 变为指向 y
        cons_putc('1')
        cons_putc(',')
        cons_putc(' ')
        cons_putc('y')
        cons_putc(' ')
        va_arg(), ap 由指向 y 变为指向 z
        cons_putc('3')
        cons_putc(',')
        cons_putc(' ')
        cons_putc('z')
        cons_putc(' ')
        va_arg(), ap 由指向 z 变为指向我们不知道的东西
        cons_putc('4')
        cons_putc('\n')

Question 4

输出He110 World。具体过程如下：

输出H。
输出57616的十六进制e110。
输出Wo。
i在小端序机器上，地址从低到高为4个字节：0x72 0x6c 0x64 0x00，（在ASCII码）恰好可以视为长度为3的空终止字符串rld。又考虑到格式化字符串中的转换说明%s，这一步输出rld。
如果是大端序，那么i应当设为0x726c6400。57616不必改变。

Question 5

将会输出我们不知道的值。具体来说，如果参数3的地址为byte *ptr，则会输出ptr + 4指向的，类型为int的值。

解释：在当前ABI中，函数参数全部使用栈传参，且从右向左压栈。因此，在输出x=后，va_arg会获取值3，并将变参列表指针ap向上移动4字节。在输出y=后，va_arg会获取ptr + 4指向的值。

Question 6

cprintf(..., const char *fmt)，其中可变参数需要倒着输入。例如，为了输出x和y的值，需要：

cprintf(y, x, "x=%d, y=%d");

Exercise 9

在kern/entry.S的relocated函数中，有一行指令：

movl   $(bootstacktop),%esp

在此初始化内核栈。

在.data段中，静态地保留了KSTKSIZE大小的空间作为内核栈。

栈指针初始化时，指向上述空间的最高处。

Exercise 10

分别是参数x - 1，返回地址、%ebp和%esi。共计4个32位字。

Exercise 11 and 12

对于mon_backtrace编写如下：

int mon_backtrace(int argc, char **argv, struct Trapframe *tf)
{
    struct Eipdebuginfo debug_info;
    cprintf("Stack backtrace:\n");

    uint32_t *ebp = (uint32_t *)read_ebp();
    while ((uint32_t)ebp != 0)
    {
        uint32_t eip = *(ebp + 1), arg_1 = *(ebp + 2), arg_2 = *(ebp + 3),
                    arg_3 = *(ebp + 4), arg_4 = *(ebp + 5), arg_5 = *(ebp + 6);
        cprintf("  ebp %08x  eip %08x  args %08x %08x %08x %08x %08x\n", ebp,
                eip, arg_1, arg_2, arg_3, arg_4, arg_5);

        debuginfo_eip(eip, &debug_info);

        cprintf("         %s:%d: %.*s+%d\n", debug_info.eip_file,
                debug_info.eip_line, debug_info.eip_fn_namelen,
                debug_info.eip_fn_name, eip - debug_info.eip_fn_addr);
        ebp = (uint32_t *)(*ebp);
    }
    return 0;
}

第6行用于获取当前的%ebp。

while循环的终止条件是%ebp == 0，因为relocated的%ebp为0。

第9 ~ 12行是获取和打印%eip以及5个参数的过程。

第14 ~ 18行是获取和打印%eip以及5个参数的过程。

第19行用于获取上一层函数的%ebp，因为这一层函数的第一个语句即是push %ebp。

再在debuginfo_eip补充如下的代码，用于获取对应的行号：

stab_binsearch(stabs, &lline, &rline, N_SLINE, addr);

if (lline <= rline)
    info->eip_line = lline;
else
    info->eip_line = -1;

Challenge

为了在VGA字符模式向屏幕打印字符，我们必须将它写入硬件提供的VGA字符缓冲区。VGA字符缓冲区中的每一个字符单元为2字节，有如下的格式：

位	值含义
0 ~ 7	字符ASCII码
8 ~ 11	前景色
12 ~ 14	背景色
15	闪烁

可以在kern/console.c中的cga_putc()函数看到如下语句：

if (!(c & ~0xFF))
    c |= 0x700;

此即硬编码的黑底白字。为了更改输出颜色，我添加了一个color命令，类似Windows的COLOR命令，支持以下三种输入：

color恢复默认的黑底白字。
color <fg color>改变前景色。<fg color>的值可以为0 ~ f。
color <fg color> <bg color>改变前景色和背景色。<fg color>的值可以为0 ~ f，<bg color>的值可以为0 ~ 7。

color命令会检查参数是否合法，并保证前景色与背景色不同。

color命令的详细实现见代码。这里只说思路：

加入全局变量fg_color, bg_color，并将硬编码的黑底白字修改为：

if (!(c & ~0xFF))
    c |= (fg_color << 8) | (bg_color << 12);

使用color命令修改全局变量fg_color, bg_color。

效果如图：

color命令

Exercise 2 ​

Exercise 3 ​

Question 1 ​

Question 2 ​

Question 3 ​

Question 4 ​

Exercise 5 ​

Exercise 6 ​

Exercise 7 ​

Exercise 8 ​

Question 1 ​

Question 2 ​

Question 3 ​

Question 4 ​

Question 5 ​

Question 6 ​

Exercise 9 ​

Exercise 10 ​

Exercise 11 and 12 ​

Challenge ​

Exercise 2

Exercise 3

Question 1

Question 2

Question 3

Question 4

Exercise 5

Exercise 6

Exercise 7

Exercise 8

Question 1

Question 2

Question 3

Question 4

Question 5

Question 6

Exercise 9

Exercise 10

Exercise 11 and 12

Challenge