西北工业大学操作系统实验：用户态下程序加载与运行实践

本篇文档是关于西北工业大学计算机操作系统实验的报告，主要关注的是在GeekOS系统用户态模式下运行可执行程序的过程。实验的主要目的是让学习者掌握在用户态环境下加载和运行程序的技术，包括编写核心函数，如`Spawn`函数。 **实验目的**： 通过这个实验，学生将学会如何在用户态（User Mode）下操作，即在操作系统的核心功能与应用程序之间的一个安全隔离层。在这个环境中，程序拥有较低级别的权限，但仍需实现加载和运行可执行程序的功能。具体来说，目标是理解并实现以下步骤： 1. **加载可执行程序**：从文件系统读取可执行程序的二进制数据，并确保正确处理文件读取过程，如使用`Read_Fully`函数。 2. **解析ELF格式**：ELF（Executable and Linkable Format）是Linux及Unix类系统的标准可执行文件格式，学生需要解析程序的结构以便后续加载和执行。 3. **加载用户程序**：将解析后的可执行程序数据转换为用户进程可使用的格式，并可能进行必要的命令行参数传递，通过`Load_User_Program`函数来完成这一过程。 4. **进程管理**：创建一个用户级线程（`structKernel_Thread`），调用`Start_User_Thread`函数将其放入准备运行队列，这标志着程序准备开始执行。 **实验过程与结果**： 关键部分是`Spawn`函数，它首先尝试从指定路径读取可执行文件的数据，然后解析其内容，确保程序格式正确。如果文件读取或解析失败，会输出错误信息并终止。接下来，函数调用`Load_User_Program`来加载用户程序，并根据需要传递命令行参数。最后，它会在堆上分配内存并清理之前的操作，然后调用`Start_User_Thread`函数启动用户进程。 整个过程强调了用户态程序执行的步骤，包括文件I/O、格式解析和进程调度，这些都是操作系统中不可或缺的基本操作。通过这个实验，学生不仅能够加深对操作系统原理的理解，还能提高编程和调试能力，尤其是在处理底层硬件和系统资源时。