(浓缩+精华)哈工大-操作系统-MOOC-李治军教授-实验1-操作系统的引导
操作系统实验1：引导
实验基本内容：
- 阅读《Linux 内核完全注释》的第 6 章，对计算机和 Linux 0.11 的引导过程进行初步的了解；
- 更改
bootsect.s引导程序的开机显示文字，并能完成setup.s的载入- 更改
setup.s接管硬件程序的开机显示文字，并将基本硬件参数显示在硬盘上- 有时，继承传统意味着别手蹩脚。x86 计算机为了向下兼容，导致启动过程比较复杂。请找出 x86 计算机启动过程中，被硬件强制，软件必须遵守的两个“多此一举”的步骤（多找几个也无妨），说说它们为什么多此一举，并设计更简洁的替代方案。
一.阅读linux内核完全注释：了解引导 P205
- 引导启动程序：boot/目录
- 启动引导时内核在内存中的位置和移动后的位置情况。(
bootsect.s移位后引导其他扇区，setup.s：探测+os移位+临时建表进入保护模式)
ROOT_DEV：根文件系统所在的默认块-设备号。交换设备号SWAP_DEV：用作虚拟存储交换空间的外部设备号
- 启动引导时内核在内存中的位置和移动后的位置情况。(
bootsect.S程序- 该程序作用：
- 首先把从磁盘第 2 个扇区开始的 4 个扇区的 setup 模块（由
setup.s编译而成）加载到内存紧接着bootsect后面位置处（0x90200） - 然后利用BIOS 中断0x13 取磁盘参数表中当前启动引导盘的参数，接着在屏幕上显示“Loading system…”字符串。
- 把磁盘上 setup 模块后面的system 模块加载到内存0x10000 开始的地方。随后确定根文件系统的设备号。若没有指定，则根据所保存的引导盘的每磁道扇区数判别出盘的类型和种类（是 1.44M A 盘吗？），并保存其设备号于 root_dev （引导块的 508 地址处）中。
- 长跳转到setup 程序开始处（0x90200）去执行
- 首先把从磁盘第 2 个扇区开始的 4 个扇区的 setup 模块（由
- 该程序作用：
setup.S程序- 该程序作用：
- 利用ROM BIOS 中断读取机器系统数据，并将这些数据保存到 0x90000 开始的位置（覆盖掉了
bootsect程序所在的地方）。所取得的参数和保留的内存位置见表所示。这些参数将被内核中相关程序使用，例如字符设备驱动程序集中的console.c和tty_io.c程序等。
- 然后setup 程序将system 模块从0x10000-0x8ffff 整块向下移动到内存绝对地址 0x00000 处（当时认为内核系统模块 system 的长度不会超过此值：512KB）。接下来加载中断描述符表寄存器(IDTR)和全局描述符表寄存器(GDTR)，开启 A20 地址线，重新设置两个中断控制芯片 8259A，将硬件中断号重新设置为 0x20 - 0x2f。
- 设置CPU 的控制寄存器CR0（也称机器状态字），进入32 位保护模式运行，并跳转到位于 system 模块最前面部分的
head.s程序继续运行。
- 利用ROM BIOS 中断读取机器系统数据，并将这些数据保存到 0x90000 开始的位置（覆盖掉了
- 该程序作用：
head.s程序
二、实验
1.bootsect显示正确。es:bp 是显示字符串的地址：ES设#SETUPSEG是内存中存放setup.s开始的地方,BP表示存放#MSG2的偏移地址。
我没设es，没加inf_loop死循环。没改.org（! 表示下面语句从地址 506(0x1FA)开始，所以 root_dev 在启动扇区的第 508 开始的 2 个字节中。）! 首先读入光标位置mov ah,#0x03 xor bh,bhint 0x10! 显示字符串 “Hello OS world, my name is LZJ”
! 要显示的字符串长度mov cx,#36 ！大一些没关系mov bx,#0x0007 mov bp,#msg1
! es:bp 是显示字符串的地址mov ax,#0x1301 int 0x10- 实验结果如图：（偷偷暗示我名字是YYF）
2.setup.s显示文字，并载入bootsect.s
! setup.s (从bootsect.s复制而来，换掉了msg1和start，并加上了死循环)
entry _start
_start:mov ah,#0x03 xor bh,bhint 0x10mov cx,#25 mov bx,#0x0007 mov bp,#msg2mov ax,csmov es,axmov ax,#0x1301 int 0x10
inf_loop:jmp inf_loop
msg2:.byte 13,10 .ascii "NOW we are in SETUP".byte 13,10,13,10
boot_flag:.word 0xAA55 ! bootsect.s （仅仅改了SETUPLEN而已）
SETUPLEN=2
entry _start
_start:mov ah,#0x03 xor bh,bhint 0x10mov cx,#36 mov bx,#0x0007 mov bp,#msg1mov ax,#0x07c0mov es,axmov ax,#0x1301 int 0x10
load_setup:
! 设置驱动器和磁头(drive 0, head 0): 软盘 0 磁头mov dx,#0x0000
! 设置扇区号和磁道(sector 2, track 0): 0 磁头、0 磁道、2 扇区mov cx,#0x0002
! 设置读入的内存地址：BOOTSEG+address = 512，偏移512字节 mov bx,#0x0200
! 设置读入的扇区个数(service 2, nr of sectors)，
! SETUPLEN是读入的扇区个数，Linux 0.11 设置的是 4，
! 我们不需要那么多，我们设置为 2（因此还需要添加变量 SETUPLEN=2）mov ax,#0x0200+SETUPLEN
! 应用 0x13 号 BIOS 中断读入 2 个 setup.s扇区 int 0x13
! 读入成功，跳转到 ok_load_setup: ok - continue jnc ok_load_setup
! 软驱、软盘有问题才会执行到这里。我们的镜像文件比它们可靠多了 mov dx,#0x0000
! 否则复位软驱 reset the diskette mov ax,#0x0000 int 0x13
! 重新循环，再次尝试读取jmp load_setup
ok_load_setup:
! 接下来要干什么？当然是跳到 setup 执行。
! 要注意：我们没有将 bootsect 移到 0x9000，因此跳转后的段地址应该是 0x7ce0
! 即我们要设置 SETUPSEG=0x07e0jmpi 0,SETUPSEG
! 注意将上一个实验的jmp inf_loop代码删掉!!
实验结果：
3.修改setup.s
- 显示数字的代码要看懂。其中用到的BIOS中断为INT 0x10，功能号0x0E（显示一个字符），即AH=0x0E，AL=要显示字符的ASCII码。但AL实际是由栈
bp指向的字符赋值来的，那么其实显示的是ss:bp的字符 - 注意与上面区别。
MOV AX,#0X1301 + INT 0x10是显示es:bp下的字符串 - 因此本题将
ss设为#0x9000，es设为setup代码段基址#0x9020。再不断改变bp显示字符串即可
!以16进制方式打印栈顶的16位数print_hex:mov cx,#4 ! 4个十六进制数字mov dx,(bp) ! 将(bp)所指的值放入dx中，如果bp是指向栈顶的话print_digit:rol dx,#4 ! 循环以使低4比特用上 !! 取dx的高4比特移到低4比特处。mov ax,#0xe0f ! ah = 请求的功能值，al = 半字节(4个比特)掩码。and al,dl ! 取dl的低4比特值。add al,#0x30 ! 给al数字加上十六进制0x30cmp al,#0x3ajl outp !是一个不大于十的数字add al,#0x07 !是a～f，要多加7outp: int 0x10loop print_digit ！cx--ret!setup.s关键代码
! Be Ready to Printmov ax,#SETUPSEG ! init es = 0x9020mov es,ax mov ax,#INITSEG ! init ss:sp.put stack at 0x90000.mov ss,axsub sp,sp! Print "Now we are in SETUP"mov ah,#0x03 ! read cursor posxor bh,bhint 0x10mov cx,#25mov bx,#0x0007 ! page 0, attribute 7 (normal)mov bp,#msg2mov ax,#0x1301 ! write string, move cursorint 0x10! Get Paramsmov ax,#INITSEG mov ds,axmov ah,#0x03 xor bh,bhint 0x10 mov [0],dx mov ah,#0x88int 0x15mov [2],axmov ax,#0x0000mov ds,axlds si,[4*0x41]mov ax,#INITSEGmov es,axmov di,#0x0004mov cx,#0x10repmovsb! Be Ready to Printmov ax,#SETUPSEG ! init es = 0x9020mov es,ax ! Cursor Position mov ah,#0x03 xor bh,bhint 0x10mov cx,#18mov bx,#0x0007 mov bp,#msg_cursormov ax,#0x1301 int 0x10 mov bp,#0x00call print_hex ! Memory Sizemov ah,#0x03 xor bh,bhint 0x10mov cx,#14mov bx,#0x0007 mov bp,#msg_memorymov ax,#0x1301 int 0x10 mov bp,#0x02call print_hex (后续代码如磁盘信息或许同上)
实验结果如图：
最后补番外链接：
1.实验楼（操作系统原理与实践）
https://www.shiyanlou.com/courses/115
2.网易云课堂：哈尔滨工业大学，国家级精品课程，操作系统
https://mooc.study.163.com/course/1000002004#/info
3.推荐markdown神器，本文由此写成
https://typora.io/
(完)
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