操作系统原理、实现与实践（一）

习题

  1. 空白表示任务之间的交互消耗的时间；分时可以使得整体的利用效率更高，某些操作可能需要I/O高耗时，轮转会提高效能；

  2. MBR应该在0柱面、0磁头、0扇区，占一个扇区

    （1）应该放在每个操作系统的第一个扇区；

    （2）引导用户选择操作系统的代码，不同操作系统的位置

    （3）从BIOS找到MBR记录，然后从MBR记录以及用户的选择情况，跳转到指定的操作系统启动代码；

  3. 磁道 1 的上盘面；

    这样设计的原因遵循了CHS（柱面-磁头-扇区）的寻址方式，而且通过上下两个分区能够尽可能减少磁头的移动，节省时间；

  4. 节点关系：

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    Image
    	-- boot/bootsect
    		--boot/bootsect.s
    	-- boot/setup
    		--boot/setup.s
    	-- tools/system
    		-- boot/head.s
    		-- boot/main.s
    		-- $ (ARCHIVES) $(DRIVERS)
    	-- tools/build
    		-- tools/build.c

    命令序列：

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    //编译bootsect
    $(AS86) -o boot/bootsect.o boot/bootsect.s
    $(LD86) -s -o boot/bootsect boot/bootsect.o 
    //编译setup
    $(AS86) -o boot/setup.o boot/setup.s
    $(LD86) -s -o boot/setup boot/setup.o 
    //编译system中的模块
    $(AS) -c -o boot/head.o boot/head.s
    $(AS) -c -o init/main.o boot/main.s
    ...
    //链接system
    $(LD) $(LDFLAGS) boot/head.o init/main.o 
    	$(ARCHIVES) $(DRIVERS)
    //编译tools
    $(CC) $(CFLAGS) -o tools/build tools/build.c

  5. 读入system模块的代码

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    id = open(argv[3], O_RDONLY | O_BINARY, 0); //读取system模块
    for (i = 0; (c = read(id, buf, sizeof(buf))) > 0; i += c) {
        write(1, buf, c);
    } //写入system模块
    memset(buf, 0, sizeof(buf));//缓冲区至0
    // 用0填充到SYSSIZE的大小
    while (i < SYSSIZE) {
        c = SYSSIZE - i;
        if (c > sizeof(buf)) {
            c = sizeof(buf);
        }
        write(1, buf, c);
        i += c;
    }

实践项目

（1）把Loading system…改为Loading system edited by Leo…

此时字符串的长度变为31个字符，再加上原有的换行符等，总长度为37，对应的CX的的值也要更改为#37;编译后界面显示更改后的字符串，如图所示：

image-20250817212116164

（2） 背景知识：

  • BIOS的int 0x10中断有很多的功能号，表格如下：
寄存器 值 解释
AH 0x13 写入字符串
AL 0x01 写入字符串并移动光标
BH / 显示页码
BL / 字符属性
CX / 字符长度
ES:BP / 指向写入字符串的地址

  • 由于函数调用依赖于栈进行参数传递和返回地址保存，所以在进行函数调用之前，必须先设置好栈，即设置合理的堆栈段寄存器ss和堆栈指针寄存器sp。bootsect.s已经将ss:sp设置为0x9000:0xff00，保证大于启动过程中bootsect.s+setup.s+SYSTEM的所占扇区的和；调用函数需要把当前寄存器的值push进去，然后pop出来再返回，值不会改变；

  • 调用BIOS的int 0x10获取当前光标号：

    寄存器 值 解释
    AH 0x03 功能号
    BH 0 指定要查询的显示页码
    CH / 返回光标的起始扫描线
    CL / 返回光标的结束扫描线
    DH / 返回光标所在的行号
    DL / 返回光标所在的列号

  • 换行包含两个操作：回车（CR）和换行（LF），起源于电传打字机，而现代操作系统做了简化；

操作步骤：

a. 设置好ss/sp堆栈，将某些操作设置为函数，方便调用；

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! repeat set stack, although it is done in bootsect.s
	mov ax, #INITSEG
	mov ss, ax
	mov sp, #0xFF00

b . 在进入setup模块时，打印Now we are in SETUP

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mov ax, #SETUPSEG
mov es, ax
call read_cursor
mov cx, #19
mov bx, #0x000c		! red
mov bp, #msg
mov ax, #0x1301		! write string, move cursor
int 0x10

call print_nl

其中两个函数read_cursor和print_nl分别为：

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print_nl:
	push ax
	push bx
	mov ax, #0x0e0d		! CR
	int 0x10
	mov ax, #0x0e0A		! LR
	int 0x10
	pop bx
	pop ax
	ret

read_cursor:
	push ax
	push bx
	push cx
	mov ah, #0x03		! read cursor pos
	xor bh, bh
	int 0x10
	pop cx
	pop bx
	pop ax
	ret

（3） 接（2）的背景知识

  • 获取扩展内存容量将调用BIOS的int 0x15中断，功能号为0x88，表格如下:
寄存器 值 解释
AH 0x88 获取扩展内存容量，返回参数是AX，以KB为单位

在确认disk信息之后，补充：

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	mov ax, #INITSEG
	mov ds, ax
	mov ax, #SETUPSEG
	mov es, ax


! print memory size
	call read_cursor
	mov cx, #13
	mov bx, #0x000c		! red
	mov bp, #memory
	mov ax, #0x1301
	int 0x10

	mov ax, [2]
	add ax, #1024
	mov memsize, ax
	mov bp, #memsize
	call print_hex

	call read_cursor
	mov cx, #2
	mov bx, #0x0007
	mov bp, #memory+13
	mov ax, #0x1301
	int 0x10
	call print_nl

其中[2]是一个二进制数，需要进行转化为十六进制的字符打印出来；调用print_hex函数:

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!以16进制方式打印栈顶的16位数
print_hex: //打印'0'，'x'字符
	push ax
	push bx
	push cx
	push dx
	mov ax, #0x0e30		! 0
	int 0x10
	mov ax, #0x0e78		! x
	int 0x10
	mov cx, #4
	mov dx, (bp)
print_digit: //打印数值
	rol dx, #4
	mov ax, #0x0e0f
	mov bl, #0x0f	! bright green color
	and al, dl
	add al,#0x30
	cmp al, #0x3a
	jl outp			! if less,是一个不大于9的数字
	add al, #0x07	! 是a~f，要加7
outp:
	int 0x10
	loop print_digit
	pop dx
	pop cx
	pop bx
	pop ax
	ret

（4）在跳转到SYSTEM模块之前 (jmpi 0,8) ，加入一个死循环：

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dead_loop:
	jmp dead_loop
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