ucore实验：构建512字节bootloader与ucore.img生成过程

在清华大学操作系统ucore实验的lab1中，参与者将深入理解操作系统启动过程和基本的系统架构。本次实验的核心任务是创建一个小型bootloader，它能在X86架构下进入保护模式，并能够处理磁盘操作和加载ELF执行文件格式，为ucore OS的启动做准备。实验内容涉及的不仅仅是实际编程，还包括对构建工具如GNU Makefile的理解和应用。 首先，lab1中的练习1要求学生解析Makefile，这是一个关键的构建工具，用于自动化编译和链接过程。Makefile通过定义目标(target)、依赖项(prerequisites)和命令(command)规则，确保在指定条件下编译所需文件。在这个实验中，Makefile的目标是生成操作系统镜像文件ucore.img，该文件由两个主要部分组成：kernel（内核）和bootblock（引导块）。 ucore.img的生成过程如下： 1. 使用`$(call totarget,ucore.img)`创建目标变量UCOREIMG，表示要生成的ucore.img文件。 2. $(UCOREIMG)规则指出，当ucore.img未生成或其依赖项(kernel和bootblock)更新时，会执行以下操作： - 使用dd命令清零ucore.img，大小为10000字节，确保文件初始为空。 - 将bootblock的内容复制到ucore.img，保留原有内容，位置在文件开头。 - 将kernel的内容追加到ucore.img，从文件头的第二个扇区开始，同样保留原有内容。 3. `$(call create_target,ucore.img)`调用自定义函数create_target，进一步执行上述操作。 一个符合规范的硬盘主引导扇区（MBR，Master Boot Record）通常包含以下特征： - 它位于硬盘的0柱面、0磁头、1扇区，是一个固定的位置，通常是512字节。 - MBR包含引导加载器（如GRUB或LILO），负责加载操作系统映像到内存。 - 包含分区表，用于标识硬盘上的引导分区及其对应的分区类型和启动扇区位置。 - 有特定的魔数（Magic Number），用于检测是否为MBR格式。 通过这次实验，学生不仅锻炼了编程技能，还学习了如何使用Makefile管理和优化编译流程，同时加深了对操作系统启动流程、引导加载和硬盘结构的理解。这样的实践经验对于深入理解操作系统内部工作原理至关重要，也为今后从事软件开发特别是系统级编程打下了坚实的基础。