课程基本流程实验基本流程是根据实验要求编写应用程序，修改Linux0.11源代码，编译用gcc，在Bochs的虚拟环境中运行，调试目标代码。实验的基本工具和介绍（部分谷歌）X86模拟器Bochs：Bochs是一款免费开源的IA-32（x86）架构PC模拟器，注意是PC模拟器，所以可以模拟硬件配置，在同时，它可以模拟整个pc的I/O设备、内存和BIOS。不仅可以运行linux，还可以模拟运行各种操作系统，如DOS和各种版本的Windows。特点：*可移植性高：所以本课程选择它*运行效率低于虚拟机：这是它的原理决定的，但在本实验中不会太明显。*与虚拟机相比：具有强大无可比拟的操作系统调试能力【注】本实验的hit-oslab内置bochsGCC编译器编译器：是使用某种编程语言编写的计算机程序源码代码（原始语言），转换成另一种编程语言（目标语言）现代编译器的主要工作流程如下：源代码（sourcecode）→预处理器（preprocessor）→编译器（compiler）→汇编器→目标代码→链接器→可执行文件，最后打包后的文件可以被计算机解释运行。本课程使用的GCC编译器是伴随Linux一起成长起来的编译器。Linux的原始版本是由GCC编译的。现在GCC也是自由软件领域使用最广泛的编译器。因此，我们也选择GCC作为本书实验的指定编译器。DBdebugger调试器的基本功能1.控制软件运行调试器最基本的功能是中断一个快速运行的程序，使其按用户的意愿执行。调试器通过强制目标程序触发精心设计的异常来做到这一点。2.查看软件运行信息查看软件当前信息，包括但不限于当前线程的注册信息、栈信息、内存信息、当前EIP附近的反汇编信息等3.修改软件执行过程修改内存信息、反汇编信息、堆栈信息、寄存器信息等。GDB调试器是GCC编译器的兄弟。作为自由软件领域几乎独一无二的调试器，它沿袭了*nix-like操作系统的一贯风格，采用纯命令行操作，有点类似于dos下的调试。有关如何使用它的信息，请参阅GDB手册。Ubuntu(GNU/Linux)Ubuntu（优帮拓、优班图、Ubuntu）是一个开源的以桌面应用为主的GNU/Linux操作系统。Ubuntu基于DebianGNU/Linux，支持x86、amd64（即x64）和ppc架构，由全球专业开发团队（CanonicalLtd）打造，主要特点是易用性，非常好用。实验室工作模式hit-oslab实验环境简称oslab，是一个压缩文件（hit-oslab-linux-20110823.tar.gz）。首先找到压缩文件，将其转换到终端中的文件夹中。使用tarzxvfhit-oslab-linux-20110823.tar.gz命令解压即可运行。解压目录如图：oslab的工作原理oslab工作在一个宿主操作系统上，在这个宿主系统上完成Linux的开发、编译、修改后，会在linux-0.11文件夹下生成一个名为Image的文件。（参考上图理解）这是编译好的目标文件。该文件包含引导程序和所有内核二进制文件。如果拿一张软盘，从它的0磁道0扇区开始，逐字节写入Image文件，就可以用这张软盘来启动一台真正的电脑了！oslab使用bochs模拟器加载Image文件，模拟Linux0.11的执行，省去了重启电脑的麻烦！解压文件后我们看到bochs目录，里面是bochs相关的执行文件、数据文件和配置文件。使用run命令运行bochs后，会创建两个，一个是虚拟硬盘，一个是虚拟软驱A，刚才说的镜像文件在软驱上，挂载hdc-0.11.img在硬盘上。因为是从A软驱启动，所以会自动加载Linux0.11，Linux0.11会驱动硬盘并挂载硬盘上的文件系统，即挂载hdc-0.11.img中镜像的文件系统到0.11系统的根目录——“/”。在0.11下访问文件系统时，访问的是hdc-0.11.img文件中的虚拟文件系统。hdc-0.11.img文件的格式是Minix文件系统的镜像。所有版本的linux都支持这种格式的文件系统，所以在宿主机linux上可以直接通过mount命令访问这个文件中的文件，达到宿主机系统和运行在bochs中的linux0.11交换文件的效果。目前还没有（或尚未找到）在Windows下直接访问Minix文件系统的方法，所以我们需要使用fdb.img，它是一张1.44M软盘的镜像文件，里面是FAT12文件系统。你可以在0.11中通过将它安装在bochs的软驱B上来访问它。并且通过filedisk或WinImage，你可以在Windows下访问它的内部文件。hdc-0.11.img包含：Bashshell一些基本的Linux命令和工具，如cp、rm、mv、tar。vieditorgcc1.4编译器，可用于编译标准C程序as86和ld86Linux0.11的源代码，可在0.11下编译，然后覆盖现有的二进制内核，用pwd命令确认，用“ls-l”列出目录内容。本次实验的所有内容均在该目录或其下级目录中完成。编译内核“Compilingthekernel”比“writingthekernel”简单得多。先进入linux-0.11目录，然后执行：$makeall由于“all”是最常用的参数，所以可以省略，只有“make”有同样的效果。在多处理器系统上，可以使用-j参数进行并行编译，以加快速度。比如双CPU系统可以：$make-j2make命令会显示很多信息，你可以试着看懂，也可以假装没看到。只要最后几行没有“错误”，就说明编译成功了。最终生成的目标文件是一个软盘镜像文件——linux-0.11/Image。如果把这个镜像文件写到一张1.44MB的软盘上，就可以启动一台真正的计算机了。所有的源代码都在linux-0.11目录下，很多实验都是通过修改这些代码完成的。修改后需要重新编译内核，或者执行命令：$makeallmake命令会自动跳过未修改的文件，链接时直接使用上次编译生成的目标文件，从而节省编译时间。但是如果你的修改在重新编译后似乎没有生效，你可以先尝试“makeclean”，然后再“makeall”。“makeclean”就是把之前编译生成的所有中间文件和目标文件全部删除，从而保证整个工程是在一个全新的状态下编译的。运行和调试在Bochs中运行最新编译好的内核非常简单。在oslab目录下执行：$./run如果出现Bochs窗口，则显示linux的启动过程，最后停在“[/usr/root/]#”处，说明运行成功。内核调试分为两种模式：汇编级调试和C语言级调试。汇编级调试需要执行命令：$./dbg-asm可以使用命令help查看系统调试的基本命令。更多详细信息，请参阅Bochs手册。C级调试稍微复杂一些。首先执行以下命令：$./dbg-c然后打开一个终端窗口，进入oslab目录，执行：$./rungdbGDB调试器在新的终端窗口运行。gdb调试器请参考GDB手册。Ubuntu与Linux0.11的文件交换oslab下的hdc-0.11-new.img是0.11内核启动后根文件系统的镜像文件，相当于bochs虚拟机加载的硬盘。在Ubuntu上访问其内容的方法是（使用sudo时，密码是shiyanlou）：1、使用$sudo./mount-hdc将linux0.11文件系统挂载到hdc目录下2、hdc目录同理如linux0.11和内核3.一样的文件。然后就可以直接在hdc目录下操作了。比如可以在hdc目录下新建一个hello.c$sudoumounthdc。创建一个xxx.c文件，然后使用Ubuntu上的编辑工具（如gedit等）编辑xxx.c文件，编辑好后保存。执行sudoumounthdc后，再进入Linux0.11（即run启动bochs后），就会看到这个xxx.c（如下图），这样就免去了Linux0.11上编辑xxx.c的麻烦，因为Linux0.11作为一个小型操作系统，只有vi编辑工具，使用起来很不方便。另外，在Linux0.11上生成的文件，比如下面实验中生成的process.log文件，都可以通过这种方式“获取”，在Ubuntu下用python程序进行处理。当然，这个python程序在Linux0.11上显然不好用。是的，因为不能在Linux0.11上搭建python解释环境。【注意】：不要在0.11内核运行时挂载镜像文件，否则可能会损坏文件系统。同样，不要运行已安装的0.11内核。【注意】：在关闭Bochs之前，需要在0.11命令行运行“sync”，确保缓存的数据全部保存，然后关闭Bochs。
