lab1 基础1

操作系统基础实验旨在让学生熟悉操作系统开发环境，掌握命令行编译调试技术，理解汇编语言以及程序在硬件上的执行过程。实验主要包括以下知识点： 1. **命令行编译调试**： 实验过程中，使用特定的命令（未指定具体命令，可能是`gcc`或`gdb`等）来编译和调试工程。`gdb`是一个常用的调试工具，可以用来设置断点、单步执行、查看执行结果等。 2. **硬件模拟器调试**： 通过硬件模拟器（如QEMU或Bochs）来模拟真实硬件环境，便于在不实际操作硬件的情况下进行系统级别的调试。 3. **汇编语言理解**： 实验要求跟踪C语言程序的每一条语句对应的汇编指令，理解汇编代码如何控制计算机的执行流程。汇编语言是与机器语言接近的编程语言，用于直接控制硬件操作。 4. **堆栈操作**： 找到内核初始化栈的代码，理解栈在内存中的位置。通常，栈在内存的高地址部分，向下生长。初始化时，栈指针`esp`指向栈顶，即栈的最大地址。 5. **实模式与保护模式转换**： `BIOS`负责将处理器从实模式切换到保护模式，以便访问更大的内存空间并直接访问磁盘设备寄存器。这一转换的关键在于设置控制寄存器，如`CR0`，以启用保护模式。 6. **内核加载**： 内核通常从磁盘的启动扇区加载到内存的特定地址，例如`0x100000`。加载过程包括读取引导扇区、设置内存映射、加载内核映像等步骤。 7. **函数调用链**： 分析代码调用关系，找出函数之间的调用顺序，例如`functionA`调用`functionB`，`functionB`又调用`functionC`，理解这些函数在内核启动过程中的作用。 8. **位模式切换**： 处理器从16位实模式切换到32位保护模式的关键指令通常涉及改变控制寄存器的值，比如在`switch_to_protected_mode()`函数中。这是为了使处理器能够处理更大的地址空间和内存管理。 9. **内核第一条指令**： 内核加载后，执行的第一条指令通常是初始化或设置执行环境的代码，如设置堆栈、初始化全局描述符表（GDT）等。 10. **栈空间分配**： 内核通过设置栈指针寄存器（如`esp`）来为栈分配空间。在初始化阶段，栈可能在物理内存的某个固定地址开始，随着调用函数和存储数据而向下扩展。 11. **输出功能**： 要修改程序以输出八进制数，需要深入理解底层输出函数，如`print_char()`、`print_decimal()`等。修改涉及到的文件可能包含这些函数的实现。通过分析`print_decimal()`的逻辑，可以仿照其结构编写输出八进制数的代码。 实验过程中，通过不断设置断点、单步执行、分析内存状态，学生将深入理解操作系统的执行机制，掌握底层编程技巧。这个基础实验为后续更复杂的系统级开发和调试打下了坚实的基础。