操作系统
实验报告
哈尔滨工程大学
计算机科学与技术学院
一、实验概述
1. 实验名称
操作系统的启动
2. 实验目的
○1跟踪调试 EOS 在 PC 机上从加电复位到成功启动的全过程，了解操作系统的启动过程。
○
2查看EOS 启动后的状态和行为，理解操作系统启动后的工作方式。 3. 实验类型
验证性实验
4. 实验内容
调试EOS 操作系统的启动过程包括：（1）.使用Bochs 做为远程目标机;（2）.调试BIOS 程序;（3）.调试软盘引导扇区程序;（4）.调试加载程序;（5）.调试内核;（6）.查看EOS 启动后的状态和行为
二、实验环境
EOS 操作系统和配套的IDE 集成开发环境。
三、实验过程
1.设计思路和流程图
图2-1.EOS 操作系统的启动过程流程图
2.算法实现：验证性试验，无算法。
3.需要解决的问题及解答（试验指导）
（1）.为什么EOS操作系统从软盘启动时要使用boot.bin和loader.bin两个程序？使用一个可以吗？它们各自的主要功能是什么？如果将loader.bin的功能移动到boot.bin文件中，则boot.bin文件的大小是否仍然能保持小于512字节？
答：boot文件夹包含了两个汇编文件boot.asm和loader.asm。这两个文件生成的二进制文件boot.bin和loader.bin会被写入软盘镜像文件。操作系统启动时boot.bin和loader.bin引导软盘加载程序，二者缺一不可。使用Boot.bin的主要功能是引导软盘；loader.bin的主要功能是加载程序。如果把loader.bin功能移动到boot.bin程序中，必然导致程序规模扩大，可能使其大于512字节。
（2）.软盘引导扇区加载完毕后内存中有两个用户可用的区域，为什么软盘引导扇区程序选择将loader.bin加载到第一个可用区域的0x1000处呢？这样做有什么好处？这样做会对loader.bin文件的大小有哪些限制。
答：首先用户只用两个可用区域，加载位置非此即彼。第一个可用用户区是低地址区，且空间大小比较小，适合容纳小文件，所以我们选择将占用空间小的loder.bin加载到第一用户区。
优点：由低地址开始，便于检索查找。小文件占用小空间，节约资源。
限制：loader.bin文件必须小于1c00k.
（3）.练习使用Bochs单步调试BIOS程序、软盘引导扇区程序和loader程序，加深对操作系统启动过程的理解。
（4）.仔细比较实验指导10-5图和图10-6，尝试说明哪个是应用程序的进程，它和系统进程有什么区别，哪个是应用程序的主线程，它和系统线程有什么区别。
答：图10-6是应用程序的进程，在进程列表中只有一个ID为1的系统进程，其优先级为24，包含有10个线程，其中的ID为2的线程是该进程的主线程，系统进程没有映像名称。在线程列表中有10个线程，它们都是系统线程。
区别：主线程的优先级别高。存放在物理内存的低端。
4.主要数据结构、实现代码及其说明：验证性实验，无此项目。
5.源程序并附上注释：验证性实验，无此项目。
6.程序运行时的初值和运行结果,实验过程
1. 调试BIOS程序
(1). 在Console窗口中输入调试命令sreg后按回车，显示当前CPU中各个段寄存器的值，如图2-1。其中CS寄存器信息行中的“s=0xf000”表示CS寄存器的值为0xf000.
(2).输入调试命令r后按回车，显示当前CPU中各个通用寄存器的值，如图10-3。其中“rip: 0x00000000:0000fff0”表示IP寄存器的值为0xfff0。
(3). 输入调试命令xp /1024b 0x0000，查看开始的1024个字节的物理内存。在Console中输出的这1K物理内存的值都为0，说明BIOS中断向量表还没有被加载到此处。
(4). 输入调试命令xp /512b 0x7c00，查看软盘引导扇区应该被加载到的内存位置。输出的内存值都为0，说明软盘引导扇区还没有被加载到此处。
2. 调试软盘引导扇区程序
a. 输入调试命令vb 0x0000:0x7c00，这样就在逻辑地址0x0000:0x7c00（相当于物理地址0x7c00）处添加了一个断点。
b. 输入调试命令c继续执行，在0x7c00处的断点中断。中断后会在Console窗口中输出下一个要执行的指令，即软盘引导扇区程序的第一条指令，如下 (0) [0x00007c00] 0000:7c00 (unk. ctxt): jmp .+0x006d (0x00007c6f) ; eb6d
c. 为了方便后面的使用，先在纸上分别记录下此条指令的字节码（eb6d）和此条指令要跳转执行的下一条指令的地址（括号中的0x00007c6f）。
d. 输入调试命令sreg验证CS寄存器（0x0000）的值。
e. 输入调试命令r验证IP寄存器（0x7c00）的值。
f. 由于BIOS程序此时已经执行完毕，输入调试命令xp /1024b 0x0000验证此时BIOS中断向量表已经被载入。
g. 输入调试命令xp /512b 0x7c00显示软盘引导扇区程序的所有字节码。观察此
块内存最开始的两个字节分别为0xeb和0x6d，这和引导程序第一条指令的字节码（eb6d）是相同的。
h. 输入调试命令xp /512b 0x0600验证图3-2中第一个用户可用区域是空白的。
i. 输入调试命令xp /512b 0x7e00验证图3-2中第二个用户可用区域是空白的。
j. 自己设计两个查看内存的调试命令，分别验证这两个用户可用区域的高地址端也是空白的。
