MIT 6.828 Lab 1 学习笔记

Part 1: PC Bootstrap

这一部分是为了引入 x86 汇编语言和了解 PC 的启动过程。相比较于直接运行在真机上，整个 Lab 都选择在一个叫 QEMU 的模拟器上进行。根据其指引编译，可以获得下图，代表编译成功。

第一台 PC 搭载的是 Intel 8088，寻址范围只有 1MB。其中有 384KB 被保留用于特定用途，例如显示输出的缓冲和其他硬件，所以低 640KB 空间是早期计算机唯一能使用的内存空间，称为 Low Memory。高 64KB 保留给了 BIOS ，是系统启动的关键。

随后的 CPU 对于内存大小的限制突破了 1MB，但是出于兼容性，0x0A0000 到 0x100000 这一范围仍被保留作为这些用途。

在 lab 中打开两个终端，分别运行 make qemu-gdb 和 make gdb，则会在第一条语句前停止。

The target architecture is assumed to be i8086
[f000:fff0]    0xffff0:	ljmp   $0xf000,$0xe05b
0x0000fff0 in ?? ()
+ symbol-file obj/kern/kernel

在输出中可以看到第一句话是 [f000:fff0] 0xffff0: ljmp $0xf000,$0xe05b ，从中可以得到

Intel CPU 中用 CS 和 IP 两个寄存器一同来表示内存地址，前者表示段地址，后者表示偏移地址。真实地址为 CS 乘以 16 后加上 IP。如上所示，地址为 0xffff0 = 16 * 0xf000 + 0xfff0。

0xffff0 这一地址位于 BIOS 中最高的位置，所以利用 jmp 指令开始执行其他指令，例如初始化和寻找可引导的设备。

硬盘中最小操作单元称为一个扇区（sector），512 字节大小。当 BIOS 找到了可引导的扇区（boot sector），会将其载入到内存中 0x7c00 到 0x7dff，再用 jmp 跳转到 0000:7c00。其中存放着 Boot Loader，用于执行如下两个功能：

在编译器链接前会为源文件生成目标文件，用的是一种叫 可执行可链接格式（Executable and Linkable Format, ELF）。可以用 objdump 查看文件信息。

.text 的 LMA（加载地址）代表着被载入内存的地址，VMA（链接地址）代表着期望运行时的地址。

Boot loader 会根据 ELF 中的 Program Headers 来决定如何载入以及载入到何处。

LOAD 即代表着已被载入。在 boot/Makefrag 中用 -Ttext 0x7c00 来生成正确的内存地址。

之前查看 kernel 的 ELF 信息时可以发现 VMA 为 0xf0100000，这里用到了虚拟地址的技术，将其映射到了 0x0010000 的位置。

虚拟内存可以使得各程序的地址空间分离，从而使得程序自己不会因为错误的访问内存导致其他程序的错误。此处内核用了一个很高的位置，目的是将低地址留给用户程序。

相对于 C 语言中的 printf()，在操作系统中并没有这样的函数，而是需要自行实现。

涉及到输入输出的有 kern/printf.c、lib/printfmt.c 和 kern/console.c 三个文件，其中最后一个文件处理了硬件上的输入输出，前二者都依赖于此。

在 printfmt.c 中，对于 %o 没有处理，可以模仿其他进制代码。

case 'o':
    // Replace this with your code.
    num = getuint(&ap, lflag);
    base = 8;
    goto number;