GeekOS系统下运行用户态程序的实验报告

"该资源是西北工业大学操作系统实验的报告，主要关注如何在GeekOS操作系统中于用户态下加载和运行可执行程序。实验目的是掌握这一技术，并要求编写相关代码实现这一功能。" 在计算机操作系统中，用户态程序的运行是操作系统核心功能的一部分。这个实验报告详细介绍了如何在GeekOS操作系统环境下，从用户态加载并执行一个可执行程序的过程。以下是对实验内容的详细解析： 1. **实验目标**： 实验的主要目标是让学习者理解并实践在用户态下加载和运行程序的技术。这涉及到操作系统内核与用户空间之间的交互，以及如何从文件系统读取可执行文件。 2. **实验要求**： 实验要求学生按照指定的设计要求，编写代码来实现用户态程序的加载和执行。这部分可能包括了文件读取、可执行文件格式解析（如ELF格式）以及用户进程的创建。 3. **关键函数**： - `Spawn` 函数：这是核心函数，负责创建一个新的用户进程。它接收程序名、命令行参数和指向新创建线程结构体的指针作为输入。 - `Read_Fully`：读取指定文件的全部内容，用于获取可执行文件的数据。 - `Parse_ELF_Executable`：解析ELF文件格式，以理解程序的布局和入口点。 - `Load_User_Program`：将读取到的文件数据加载到内存中，为用户态执行做准备。 - `Free`：释放不再需要的内存资源。 - `Start_User_Thread`：启动用户线程，使得用户程序开始执行。 4. **实验过程**： 实验过程中，首先通过`Read_Fully`从文件系统读取可执行文件，然后使用`Parse_ELF_Executable`解析文件以获取必要的信息。接着，`Load_User_Program`将文件内容加载到内存中，并为用户进程创建一个上下文。最后，`Start_User_Thread`启动用户线程，使程序开始执行。 5. **ELF格式**： ELF（Executable and Linkable Format）是Unix和类Unix系统中常见的可执行文件和共享库格式。它包含了程序的代码、数据、符号表等信息，解析ELF文件是操作系统加载可执行程序的关键步骤。 6. **内存管理**： 在加载用户程序时，通常会涉及到内存的分配和释放，这里通过`Free`函数确保了内存的有效管理。 这个实验旨在帮助学生深入理解操作系统的内核是如何支持用户态程序的运行，涵盖了文件系统、内存管理、进程创建和ELF文件解析等多个关键领域。通过这样的实践，学生可以更好地掌握操作系统的核心原理。