操作系统实验报告
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后启动的全过程，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，设计
4.实验容：
1）准备实验，启动OS Lab，新建一个EOS Kernel项目；
2）调试EOS操作系统的启动过程
①使用Bochs作为远程目标机
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调试核
⑥查看EOS启动后的状态和行为
二．实验环境
操作系统：windows XP
编译器：Tevalaton OS Lab
语言：C++
三．实验过程
1.设计思路和流程图：
2.实验过程：
1）在Console窗口中输入调试指令sreg，查看当前CPU中各个段寄存器的值，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，显示当前CPU中各个通用寄存器的值，“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 个字节的物理存。

在Console 中输出的这 1K 物理存的值都为 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存位置。

输出的存值都为 0，说明软盘引导扇区还没有被加载到此处。

可以验证 BIOS 第一条指令所在逻辑地址中的段地址CS寄存器值是一致的，偏移地址和 IP 寄存器的值是一致的。

由于存还没有被使用，所以其中的值都为0。

5）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。

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。

6）输入调试命令 sreg 验证 CS 寄存器（0x0000）的值。

7）输入调试命令 r 验证 IP 寄存器（0x7c00）的值。

8）输入调试命令 xp /512b 0x0600 可验证第一个用户可用区域是空白的。

9）设计两个查看存的调试命令，分别验证这两个用户可用区域的高地址端也是空白的。

10）软盘引导扇区程序的主要任务就是将软盘中的 loader.bin 文件加载到物理存的 0x1000 处，然后跳转到 loader 程序的第一条指令（物理地址 0x1000 处的指令）继续执行 loader 程序。

输入调试命令xp /8b 0x1000查看存0x1000处的数据，验证此块存的前三个字节和loader.lst 文件中的第一条指令的字节码是相同的。

11）根据之前记录的 loader.bin 文件的大小，自己设计一个查看存的调试命令，查看存中 loader 程序结束位置的字节码，并与 loader.lst 文件中最后指令的字节码比较，验证 loader 程序被完全加载到了正确的位置。

12）调试核，在项目管理器中打开start.c文件，对其中的操作系统核入口点函数KiSystemStartup添加断点及监视，在监视窗口中可以看到此函数的地址，与在虚拟存x80001117处保存的函数入口地址相同，说明的确是由loader程序进入了操作系统核。

13）在控制台中输入命令“ver”，可得EOS的的版本，在控制台中输入命令“pt”，课查看输出的进程和线程信息。

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。

其中优先级为 0 的是空闲线程，当没有优先级大于 0 的线程占用处理器时，空闲线程就会在处理器上运行并处于运行状态（Running），否则就处于就绪状态（Ready）。

ID 为 20 的线程是控制台派遣线程，用于将键盘事件派遣到活动的控制台线程，所以在没有键盘事件发生的时间里，该线程
都处于阻塞状态（Waiting）。

余下的八个线程都是控制台线程，分别对应于八个控制台，由于它们执行的是同一个控制台线程函数（ke/sysproc.c 文件中的 KiShellThread 函数），所以它们开始执行的地址都是相同的。

控制台线程只有在处理控制台命令的时候才会处于运行状态，其它时间它们都在等待控制台命令的输入，会处于阻塞状态。

由于本次是在控制台 1 中执行的 pt 命令，所以控制台 1 对应的线程处于运行状态，而其它的七个控制台线程都处于阻塞状态。

14）将实验文件夹中的hello.exe文件添加到软盘镜像文件中，并在EOS启动完毕后，在EOS控制台中输入命令“hello”，迅速切换到控制台2，输入命令“pt”，可查看输出的进程和线程信息。

四．实验体会
本次实验了解了操作系统启动后的行为和状态，通过一步步具体的操作，理解了操作系统启动后运行的每个方面。

在实验的过程中，对于自己设计的命令，可以在给定的围进行尝试，并不仅仅是将步骤中的例子略微改动，对于验证loader.lst文件最后的字节码命令，需要经过一定的计算，由于其文件大小为1.56KB，因此需要将最后的位置减去8b，得到最后一个字节码的位置，因此是0x1616。

通过比较hello程序添加之前之后的进程状态比较，可以看出ID为33的线程是应用程序的主线程，数量只有一个，hello程序和系统进程区别是SYSTEM栏是N，且优先级比系统低，系统是24，应用程序是8。