Linux 0.11 操作系统启动调试实验报告

"合工大计信院的操作系统实验聚焦于Linux 0.11的启动过程，旨在通过跟踪调试，使学生理解操作系统从CPU加电到初始化完成的步骤，以及启动后的工作机制。实验涉及的关键文件包括bootsect.asm、setup.asm和head.s，这三个文件在启动阶段扮演着重要角色。实验借助Bochs模拟器进行，它能模拟Intel X86硬件平台，便于在不同环境下观察和分析Linux启动行为。实验内容包括创建个人项目、设置断点、调试start函数，以及逐步调试BIOS、软盘引导扇区和加载程序。" 在此次操作系统实验中，学生们将深入学习Linux操作系统的启动流程。实验目标是通过跟踪Linux 0.11在PC上的启动，了解从CPU通电到系统初始化的整个过程，并分析启动后的系统状态和行为。实验的核心部分涉及到三个源代码文件：`bootsect.asm`、`setup.asm`和`head.s`。这些文件在启动链中至关重要，`bootsect.asm`和`setup.asm`构成了引导装载程序（Boot Loader），而`head.s`则是启动阶段的关键组件。 Bochs是一个强大的x86模拟器，由Kevin Lawton于1994年用C++编写，它可以模拟多种硬件平台，包括Intel X86。Bochs使得实验者能在主机操作系统上模拟Intel X86环境，以便于观察和调试Linux 0.11的启动过程。在Bochs中，用户可以模拟键盘输入，模拟硬盘读写等操作，以真实反映操作系统启动时的硬件交互。 实验内容分为几个步骤。首先，学生需要在实验平台上创建个人项目，下载Linux 0.11内核源码。接着，他们将在`init/main.c`的`start`函数处设置断点，使用调试工具如VSCode进行调试。通过断点，学生可以观察到`start`函数的执行情况。由于BIOS、引导扇区和加载程序没有调试信息，这部分调试相对复杂，但仍然可以通过观察和理解CPU执行的指令来逐步理解这些程序如何将控制权传递给Linux内核。 实验的挑战在于BIOS、引导扇区和加载程序的调试，因为它们不支持像调试内核那样直接的调试手段。尽管如此，通过理解汇编语言和CPU的执行流程，学生依然能够分析这些阶段的执行情况，从而深入理解操作系统启动的底层机制。 这个实验为学生提供了实际操作的机会，让他们在实践中掌握操作系统启动的基本原理，提升对Linux内核和底层硬件交互的理解。通过这样的实验，学生不仅能学习到理论知识，还能培养动手能力和问题解决技巧，为未来在IT领域的深入研究打下坚实基础。