GeekOS操作系统实验：用户态程序加载与运行

"本实验主要关注的是在计算机操作系统中如何在用户态下加载并运行可执行程序，以GeekOS系统为例进行操作。实验目标是掌握这一过程的关键步骤，并通过编写代码实现这一功能。" 在计算机操作系统中，用户态程序与内核态程序之间存在明显的权限区分。用户态程序通常具有较低的权限，而内核态程序则可以访问系统的所有资源。当用户态程序需要执行一些特权操作（如访问硬件设备或管理系统资源）时，必须通过系统调用来切换到内核态。 实验要求参与者按照指定的设计要求，实现用户态下加载并运行可执行程序的代码。具体步骤可能包括以下几个关键部分： 1. **读取可执行文件**：首先，需要从文件系统中读取用户态程序的可执行文件，这通常涉及到文件I/O操作。在实验代码中，`Read_Fully`函数用于读取整个文件内容到内存。 2. **解析可执行文件格式**：读取的文件可能是特定格式的可执行文件，例如ELF（Executable and Linkable Format）。`Parse_ELF_Executable`函数负责解析ELF文件的结构，获取程序的入口点、段信息等。 3. **加载用户程序**：解析完成后，操作系统需要将文件中的数据映射到用户进程的地址空间。`Load_User_Program`函数负责此步骤，它会根据ELF文件的信息将代码和数据段加载到内存。 4. **创建用户上下文**：为了在用户态运行程序，需要设置用户进程的上下文，包括栈、寄存器状态等。`structUser_Context`表示用户态的执行环境，`Start_User_Thread`函数用于启动用户进程。 5. **内存管理**：实验中提到的内存释放和初始化是内存管理的一部分，确保资源的有效利用。在失败情况下，需要释放已分配的内存以避免内存泄漏。 6. **错误处理**：在实验过程中，如果任一步骤出现错误，如文件读取失败、解析错误或加载失败，都需要有相应的错误处理机制，例如打印错误信息并清理已分配的资源。 通过这个实验，学生不仅能理解操作系统如何加载和运行用户态程序，还能深入学习到文件I/O、内存管理、进程上下文切换等操作系统核心概念。这对于理解和开发操作系统或系统级软件是非常重要的。