操作系统实习课程课件

1、操作系统实习课程PPT课件操作系统实习课程操作系统实习课程2004-2005第二学期第二学期操作系统实习课程PPT课件授课教师授课教师n主讲教师：主讲教师：陈向群陈向群 n辅导教师：辅导教师：李健李健 徐冬徐冬 陈国辉陈国辉 马世雄马世雄n地点：电教地点：电教114114n网址：网址：http:/操作系统实习课程PPT课件课程形式课程形式n实习实习 实现基于实现基于x86体系结构的一个操作系统体系结构的一个操作系统n课堂讲授课堂讲授n课堂汇报（课堂汇报（presentation）与课堂讨论）与课堂讨论n实习报告实习报告操作系统实习课程PPT课件课程目标课程目标n通过设计和实现一个小型通过设计和

2、实现一个小型操作系统操作系统，掌握操作，掌握操作系统基本原理和软件工程知识，以及操作系统系统基本原理和软件工程知识，以及操作系统设计的新思想设计的新思想 n在理解操作系统原理的基础上，掌握操作系统在理解操作系统原理的基础上，掌握操作系统的实现方法的实现方法n深入理解操作系统中的重要概念和实现方法深入理解操作系统中的重要概念和实现方法 虚拟内存、内核和用户态、系统调用、线程、虚拟内存、内核和用户态、系统调用、线程、上下文切换、中断，进程间通信、并发和互斥、上下文切换、中断，进程间通信、并发和互斥、软硬件之间的接口等等软硬件之间的接口等等n深入理解深入理解x86体系结构体系结构n获得构造复杂系统的

3、实践经验获得构造复杂系统的实践经验操作系统实习课程PPT课件课程介绍课程介绍n在提供的代码框架下，实现你自己的基于在提供的代码框架下，实现你自己的基于x86 PC机的小型机的小型OSnOS虽然不大，但是麻雀虽小，五脏俱全虽然不大，但是麻雀虽小，五脏俱全 例如：小巧的例如：小巧的boot loader，类似，类似exokernel的设计的设计先进的内核，一个先进的内核，一个shell（让你可以方便的使用所（让你可以方便的使用所编写的系统）编写的系统）n6个循序渐进的实验，从系统的启动开始，由浅入个循序渐进的实验，从系统的启动开始，由浅入深地带领你完成自己的第一个操作系统深地带领你完成自己的第一个

4、操作系统操作系统实习课程PPT课件n实验实验1：PC启动和调用规范启动和调用规范n通过通过PC启动的实验，掌握启动的实验，掌握x86 PC机的启动过程，理解机的启动过程，理解链接地址、加载地址和重定位的概念，学习如何编写链接地址、加载地址和重定位的概念，学习如何编写位置无关代码位置无关代码n通过实现通过实现setjmp和和longjmp两个函数，掌握两个函数，掌握GCC的调用的调用规范和规范和x86的堆栈结构的堆栈结构n实验实验2：内存管理：内存管理 完成虚拟内存和物理内存的管理完成虚拟内存和物理内存的管理n给定虚拟内存的布局规范，要求建立两级页表来满足给定虚拟内存的布局规范，要求建立两级页表

5、来满足该布局规范，并理解如何对虚拟地址空间进行管理该布局规范，并理解如何对虚拟地址空间进行管理n维护数据结构来记录每个物理页的分配情况和共享情维护数据结构来记录每个物理页的分配情况和共享情况，掌握在支持页式虚拟内存的情况下，如何对况，掌握在支持页式虚拟内存的情况下，如何对x86 PC机的物理内存进行管理机的物理内存进行管理实习介绍实习介绍操作系统实习课程PPT课件实习介绍（续实习介绍（续1）n实验实验3：进程管理：进程管理n通过设置进程控制块和编写进程创建、进程通过设置进程控制块和编写进程创建、进程中止和进程调度程序，理解如何对进程进行中止和进程调度程序，理解如何对进程进行管理管理n通过设置中

6、断描述符标通过设置中断描述符标IDT，编写通用中断，编写通用中断派发程序和时钟中断例程，理解如何管理中派发程序和时钟中断例程，理解如何管理中断断操作系统实习课程PPT课件实习介绍（续实习介绍（续2）n实验实验4：系统调用，：系统调用，IPC，页故障处理和，页故障处理和forkn在在IDT中增加系统调用入口，编写系统调用派中增加系统调用入口，编写系统调用派发程序，掌握系统调用的实现方法，理解系统发程序，掌握系统调用的实现方法，理解系统调用的处理流程调用的处理流程n实现简单的能传递一个实现简单的能传递一个32位整数值的位整数值的IPCn编写用户级的页故障处理程序编写用户级的页故障处理程序n编写用户

7、级的编写用户级的fork函数，理解子进程如何继承函数，理解子进程如何继承父进程的资源父进程的资源操作系统实习课程PPT课件n实验实验5：文件系统和：文件系统和Spawn函数函数n通过实现一个简单的基于磁盘的微内核方式的通过实现一个简单的基于磁盘的微内核方式的文件系统，掌握文件系统的实现方法和层次结文件系统，掌握文件系统的实现方法和层次结构构nSpawn函数与函数与Unix的的exec功能类似，该函数把磁功能类似，该函数把磁盘上的可执行文件读入内存执行，既可测试文盘上的可执行文件读入内存执行，既可测试文件系统，又可以理解程序的加载执行全过程，件系统，又可以理解程序的加载执行全过程，具体了解一个程

8、序的虚拟空间的具体划分和用具体了解一个程序的虚拟空间的具体划分和用途途实习介绍（续实习介绍（续3）操作系统实习课程PPT课件n实验实验6：Shelln实现具有管道，重定向功能的实现具有管道，重定向功能的shell，能够执行一些简，能够执行一些简单的基本命令，如单的基本命令，如cat，sh，ls，echo等等n该实习由多个同学共同完成，可以根据实际情况对该实习由多个同学共同完成，可以根据实际情况对shell的功能进行扩展，通过该实习，可以培养团队合的功能进行扩展，通过该实习，可以培养团队合作精神和创新精神作精神和创新精神n其他扩展功能其他扩展功能实习介绍（续实习介绍（续4）操作系统实习课程PPT

9、课件成绩评定成绩评定n评分分布评分分布实验报告文档：实验报告文档：7% * 6次次实验代码评定：实验代码评定：7% * 6次次 课堂讨论：课堂讨论：16%n实验报告评分原则实验报告评分原则按时提交实验报告、报告形式符合规范要求按时提交实验报告、报告形式符合规范要求报告内容充实、有自己的见解等报告内容充实、有自己的见解等n课堂表现评分原则课堂表现评分原则课堂是否积极参与提问，回答问题正确，汇报或演示课堂是否积极参与提问，回答问题正确，汇报或演示表达清楚等表达清楚等操作系统实习课程PPT课件报告提交格式报告提交格式n提交：实习报告，源程序提交：实习报告，源程序 注意：如果没有提交源程序或者将源程序

10、附在实习报注意：如果没有提交源程序或者将源程序附在实习报告中的，请重新提交源程序告中的，请重新提交源程序n实习报告文件名规范实习报告文件名规范n学号学号-姓名姓名-主题主题n举例：举例：00208001-李名李名-实验实验1报告报告n源程序名字书写规范源程序名字书写规范n学号学号-姓名姓名-主题主题n举例：举例：00208001-李名李名-实验实验1源程序源程序n实习报告内容要求实习报告内容要求n本次实验的要求本次实验的要求 n本次实验自己所作的工作本次实验自己所作的工作n实验过程中所遇到的问题以及解答实验过程中所遇到的问题以及解答n个人体会（可选）个人体会（可选）操作系统实习课程PPT课件实

11、验环境及工具实验环境及工具n一台一台X86 PC机机n较新的较新的Linux操作系统，例如操作系统，例如Red Hat Linux 9.0 n实验需在Linux环境下完成nGNU工具链工具链n目标机模拟器的目标机模拟器的bochs操作系统实习课程PPT课件实验实验1（Lab1） PC启动和启动和GCC调用规范调用规范实习内容和要求实习内容和要求操作系统实习课程PPT课件Lab 1资料清单资料清单n背景知识：背景知识：x86 and PC architecture.pdfnIA32的官方资料：的官方资料：nSystem Programming Guide.pdfnInstruction Set

12、Reference.pdfnBasic Architecture.pdfn汇编语言：汇编语言：nPC Assembly Language.pdfn80 x86汇编语言程序设计教程杨秀文等编著清华大学出版社 10.1n实验实验1 lab1.pdfn电子书：电子书：nLinux内核0.11完全注释nLinux内核源代码情景分析(上)操作系统实习课程PPT课件Lab 1资料阅读要求资料阅读要求nx86 and PC architecture.pdf了解背景知识了解背景知识nLinux内核内核0.11完全注释完全注释n阅读阅读2.10节节 Linux/Makefile文件文件n参考阅读参考阅读14.2

13、-14.4节节bochs介绍、磁盘映像文件制介绍、磁盘映像文件制作作nLinux内核源代码情景分析内核源代码情景分析n阅读阅读1.5节节了解了解AT&T汇编汇编n资料下载：资料下载：http:/n更多资料的可以到更多资料的可以到MIT 的开放课程网站下载的开放课程网站下载 /OcwWeb/index.htm操作系统实习课程PPT课件PC启动启动n主要实习过程主要实习过程n建立建立bochs实验环境实验环境n根据根据ex1.S生成生成bochs的磁盘映像的磁盘映像ex1.disk，启动，启动bochs，查看，查看bochs的信息，理解的信息，理解PC机加

14、电启动后如机加电启动后如何从何从BIOS跳到内存执行跳到内存执行n修改修改ex2.S程序的链接地址，根据程序的链接地址，根据ex2.S生成生成bochs的的磁盘映象磁盘映象ex2.disk，启动，启动bochs，查看，查看bochs的信息，的信息，理解链接地址和加载地址的含义和它们之间的关系理解链接地址和加载地址的含义和它们之间的关系n根据根据ex3.S生成生成bochs的磁盘映象的磁盘映象ex3.disk，启动，启动bochs，查看，查看bochs的信息，了解堆栈的结构的信息，了解堆栈的结构操作系统实习课程PPT课件PC启动（续）启动（续）n阅读阅读boot.S和和boot.c的源代码，理解

15、的源代码，理解boot loader的原理和实现方法的原理和实现方法n生成生成bochs的磁盘映象的磁盘映象k2.disk，修改，修改boot.c，使得系统能够正常启动，学会如何编写位置使得系统能够正常启动，学会如何编写位置无关代码无关代码操作系统实习课程PPT课件GCC调用规范调用规范n主要实习过程主要实习过程n实现实现int setjmp(jmp_buf env)函数函数nsetjmp将堆栈环境保存在将堆栈环境保存在env中供中供longjmp使用使用n实现实现void longjmp(jmp_buf env, int)函数函数n函数函数longjmp恢复最后一次恢复最后一次setjmp调

16、用时保存的堆栈环境，调用时保存的堆栈环境，程序继续执行，看起来就如同程序继续执行，看起来就如同setjmp刚执行完，并返回刚执行完，并返回valn运行运行setjmp-example.c程序，查看执行结果是否正确程序，查看执行结果是否正确通过实现这两个函数，掌握通过实现这两个函数，掌握GCC的调用规范和的调用规范和x86的堆栈结构的堆栈结构操作系统实习课程PPT课件具体要求具体要求n阅读有关资料阅读有关资料n独立完成，提交源程序和实习报告独立完成，提交源程序和实习报告n截止日期：截止日期：2005-03-06n实习报告需回答实习报告需回答lab1.pdf中提出的所有问题中提出的所有问题n第二周

17、课程第二周课程n进行进行Lab 1的汇报讨论和检查的汇报讨论和检查n布置布置Lab 2 n第三周课程第三周课程 Lab 1和和Lab2的汇报讨论和检查的汇报讨论和检查操作系统实习课程PPT课件Bochs安装及使用安装及使用操作系统实习课程PPT课件Bochs安装环境安装环境n安装安装Linux操作系统操作系统nLinux 2.4以上内核n图形界面n采用默认的安装选项n用用root管理员登录管理员登录Linuxn新建一个目录，在该目录下完成Bochs安装过程操作系统实习课程PPT课件Bochs源码下载源码下载nhttp:/n使用浏览器直接登录页面下载源码n将源码bochs-2.1.1.tar.g

18、z放到安装目录下操作系统实习课程PPT课件解压缩解压缩Bochs源码源码n键入命令键入命令 tar xzf bochs-2.1.1.tar.gzn将产生一个将产生一个bochs-2.1.1目录目录n进入该目录进入该目录操作系统实习课程PPT课件解压缩解压缩Bochs源码（图示）源码（图示）操作系统实习课程PPT课件配置配置Bochsn键入命令键入命令 ./configure -enable-disas -enable-debugger -disable-config-interface -with-noguin-enable-disas 使得使得Bochs可以反汇编机器指令，可以反汇编机器指令

19、，disas是是disassemble的缩写的缩写n-enable-debugger使得用户可以使用使得用户可以使用Bochs自自带的调试器进行调试带的调试器进行调试n-disable-config-interface使得使得Bochs启动时不启动时不显示配置菜单显示配置菜单n-with-nogui使得使得Bochs直接输出到终端，而不直接输出到终端，而不会新建一个图形窗口会新建一个图形窗口操作系统实习课程PPT课件配置配置Bochs（图示）（图示）操作系统实习课程PPT课件编译编译Bochs源码源码n键入命令键入命令 maken系统将在Bochs安装目录下编译Bochs源码，生成文件不会复制

20、到系统目录n如果发生错误，需要重新编译，在编译之前键入命令 make clean操作系统实习课程PPT课件编译编译Bochs源码（图示）源码（图示）操作系统实习课程PPT课件安装安装Bochs到系统目录到系统目录n键入命令键入命令 make install 将将Bochs安装到系安装到系统目录统目录操作系统实习课程PPT课件使用使用Bochsn参考参考Bochs自带的帮助文档自带的帮助文档n使用命令使用命令man bochs获取帮助获取帮助nhttp:/有一份简要的命令有一份简要的命令指南指南操作系统实习课程PPT课件oWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0

21、y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ

22、8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!p

23、YmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x(u$

24、rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C

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26、NbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&

27、t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H

28、5E2A+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPd

29、MaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%

30、r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w

31、&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRf

32、OcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZ

33、nVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6I6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcOcK9H6E2B