解析bootloader加载ELF OS的硬盘与扇区操作过程

本练习着重于深入理解bootloader加载ELF格式操作系统的过程。bootloader的核心功能在于引导和加载操作系统，而这一过程涉及硬件交互和文件系统访问。首先，让我们从bootloader如何读取硬盘扇区开始分析。 在bootmain.c的代码中，readseg函数是关键部分，它负责将硬盘上的数据分段读取。这个函数首先通过waitdisk函数来确保硬盘准备好接收读取命令。waitdisk函数通过不断检查命令寄存器（0x1F7）的状态来判断硬盘是否就绪，直到错误标志位(ERR)变为0x40，表明硬盘可以进行读取操作。 硬盘访问通常通过IDE接口实现，其中包含多个控制寄存器如数据寄存器、错误寄存器等，用于发送和接收数据以及控制硬盘操作。例如，扇区号寄存器和LBA（逻辑块地址）被用来定位特定扇区，使得bootloader能够准确地定位和读取所需文件。 接下来，加载ELF格式的操作系统涉及到解析ELF文件头，识别出程序的入口点（如e_entry）以及所需的内存映射。bootloader会根据ELF文件的头部信息，如节表和重定位表，确定程序的代码段、数据段和符号表等。然后，它会把ELF文件的内容映射到内存，并设置好所需的中断向量表，以便操作系统启动后能够正确执行。 在qemu环境中，学生可以通过模拟硬件环境和运行bootloader与OS的组合来验证这些步骤。通过运行和调试，可以观察到bootloader如何逐步加载并初始化操作系统，以及如何协调硬件资源，确保OS能在内存中正确运行。 此外，理解硬盘访问概述和ELF执行文件格式概述对于深入掌握整个加载过程至关重要。硬盘访问概述涵盖了IDE接口的工作原理和数据传输协议，而ELF文件格式概述则解释了操作系统如何利用这种格式来组织和加载程序代码。 总结来说，练习4-杨添宝1要求学生通过阅读源代码和实践操作，掌握bootloader如何通过读取硬盘扇区、处理错误、解析ELF文件结构以及与硬件交互，最终成功加载并启动操作系统。这是一个涉及底层硬件操作和文件系统理解的重要实践环节。