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# 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-`**


- **`gxemul/` 目录下生成`vmlinux` 内核文件**


## 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。

### 补全 `readelf.c` 文件

- **方法1**

```c

// 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**

```c

// 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



## 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`**

```asm

SECTIONS

{

. = 0x80010000;

.text : { *(.text) }

.data : { *(.data) }

.bss : { *(.bss) }

end = . ;

}

```

### 查看地址

- **重新`make`，生成`vmlinux`内核文件**


- **查看各个`section`的地址**


## Exercise 1.4

### 补全 `boot/start.S`

- **栈指针地址应设为 `0x80400000`**

```asm

/*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`**


- **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


## Exercise 1.5

### 补全 `lp_Print()` 函数

- **找到 `%`**

```c

/* 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**

```c

/*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`**


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


### push到远程进行测试

- **`git push`**


- **结果**


最后修改：2020 年 07 月 26 日 10 : 46 AM

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