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练习一

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lab1中包含一个bootloader和一个OS。这个bootloader可以切换到X86保护模式，能够读磁盘并加载ELF执行文件格式，并显示字符。而这lab1中的OS只是一个可以处理时钟中断和显示字符的幼儿园级别OS。

问题一：操作系统镜像文件 ucore.img 是如何一步一部生成的？（需要比较详细的解释 Makefile 中每一条相关命令和命令参数的含义，以及说明命令导致的结果）

回答：在 labcodes/lab1 目录下运行 make "V=" 得到如下结果：

# 编译 init.c 文件，生成 init.o 
+ cc kern/init/init.c
gcc -Ikern/init/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/init/init.c -o obj/kern/init/init.o

# 编译 stdio.c 文件，生成 stdio.o
+ cc kern/libs/stdio.c
gcc -Ikern/libs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/libs/stdio.c -o obj/kern/libs/stdio.o

# 编译 readline.c 文件，生成 readline.o
+ cc kern/libs/readline.c
gcc -Ikern/libs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/libs/readline.c -o obj/kern/libs/readline.o

# 编译 panic.c 文件，生成 painc.o
+ cc kern/debug/panic.c
gcc -Ikern/debug/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/debug/panic.c -o obj/kern/debug/panic.o

# 编译 kdebug.c 文件，生成 kdebug.o
+ cc kern/debug/kdebug.c
gcc -Ikern/debug/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/debug/kdebug.c -o obj/kern/debug/kdebug.o

# 编译 kmonitor.c 文件，生成 kmonitor.o
+ cc kern/debug/kmonitor.c
gcc -Ikern/debug/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/debug/kmonitor.c -o obj/kern/debug/kmonitor.o

# 编译 clock.c 文件，生成 clock.o
+ cc kern/driver/clock.c
gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/clock.c -o obj/kern/driver/clock.o

# 编译 console.c 文件，生成 console.o
+ cc kern/driver/console.c
gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/console.c -o obj/kern/driver/console.o

# 编译 picirq.c 文件，生成 picirq.o
+ cc kern/driver/picirq.c
gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/picirq.c -o obj/kern/driver/picirq.o

# 编译 intr.c 文件，生成 intr.o
+ cc kern/driver/intr.c
gcc -Ikern/driver/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/driver/intr.c -o obj/kern/driver/intr.o

# 编译 trap.c 文件，生成 trap.o
+ cc kern/trap/trap.c
gcc -Ikern/trap/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/trap/trap.c -o obj/kern/trap/trap.o

# 编译 vectors.S 生成 vectors.o
+ cc kern/trap/vectors.S
gcc -Ikern/trap/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/trap/vectors.S -o obj/kern/trap/vectors.o

# 编译 trapentry.S 生成 trapentry.o
+ cc kern/trap/trapentry.S
gcc -Ikern/trap/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/trap/trapentry.S -o obj/kern/trap/trapentry.o

# 编译 pmm.c 生成 pmm.o
+ cc kern/mm/pmm.c
gcc -Ikern/mm/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Ikern/debug/ -Ikern/driver/ -Ikern/trap/ -Ikern/mm/ -c kern/mm/pmm.c -o obj/kern/mm/pmm.o

# 编译 string.c 生成 string.o
+ cc libs/string.c
gcc -Ilibs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/  -c libs/string.c -o obj/libs/string.o

# 编译 printfmt.c 生成 printfmt.o
+ cc libs/printfmt.c
gcc -Ilibs/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/  -c libs/printfmt.c -o obj/libs/printfmt.o

# 链接生成的所有目标文件，并生成 kernel 二进制文件
+ ld bin/kernel
ld -m    elf_i386 -nostdlib -T tools/kernel.ld -o bin/kernel  obj/kern/init/init.o obj/kern/libs/stdio.o obj/kern/libs/readline.o obj/kern/debug/panic.o obj/kern/debug/kdebug.o obj/kern/debug/kmonitor.o obj/kern/driver/clock.o obj/kern/driver/console.o obj/kern/driver/picirq.o obj/kern/driver/intr.o obj/kern/trap/trap.o obj/kern/trap/vectors.o obj/kern/trap/trapentry.o obj/kern/mm/pmm.o  obj/libs/string.o obj/libs/printfmt.o

# 编译 bootasm.S / bootmain.c / sign.c / 
+ cc boot/bootasm.S
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc -c boot/bootasm.S -o obj/boot/bootasm.o
+ cc boot/bootmain.c
gcc -Iboot/ -fno-builtin -Wall -ggdb -m32 -gstabs -nostdinc  -fno-stack-protector -Ilibs/ -Os -nostdinc -c boot/bootmain.c -o obj/boot/bootmain.o
+ cc tools/sign.c
gcc -Itools/ -g -Wall -O2 -c tools/sign.c -o obj/sign/tools/sign.o

# 生成 sign 文件
gcc -g -Wall -O2 obj/sign/tools/sign.o -o bin/sign

# 链接生成 bootblock 二进制文件
+ ld bin/bootblock
ld -m    elf_i386 -nostdlib -N -e start -Ttext 0x7C00 obj/boot/bootasm.o obj/boot/bootmain.o -o obj/bootblock.o
'obj/bootblock.out' size: 488 bytes
build 512 bytes boot sector: 'bin/bootblock' success!

# 生成ucore.img 文件
dd if=/dev/zero of=bin/ucore.img count=10000
10000+0 records in
10000+0 records out
5120000 bytes (5.1 MB, 4.9 MiB) copied, 0.0242314 s, 211 MB/s
dd if=bin/bootblock of=bin/ucore.img conv=notrunc
1+0 records in
1+0 records out
512 bytes copied, 9.9196e-05 s, 5.2 MB/s
dd if=bin/kernel of=bin/ucore.img seek=1 conv=notrunc
146+1 records in
146+1 records out
74828 bytes (75 kB, 73 KiB) copied, 0.000607019 s, 123 MB/s

注意：上面显示的编译过程，我删去了一些警告信息。只将有用的信息标记出来。

GCC 编译选项详解：

编译选项	含义
-I	指定库文件包含路径（① 指定值 ② 环境变量 ③ 标准系统搜索路径）
-fno-builtin	只识别以 __builtin_为前缀的 GCC 內建函数，禁用大多数內建函数，防止与其重名
-Wall	编译后显示所有警告信息
-ggdb	使用 GDB 加入调试信息
-m32	生成 32位机器代码,int long pointer 都是 32 位，指定x86处理器特定选项， 处理器依赖选项
-gstabs	产生 stabs 格式的调试信息，不包含 GDB 扩展
-nostdinc	不搜索标准系统目录的头文件，只搜索 -I / -iquote / -isystem / -dirafter指定的头文件， 目录选项
-fno-stack-protector	禁用堆栈保护机制，工具选项
-c	编译或汇编源文件，但是不进行链接。将.c/.i/.s等后缀的文件编译成 .o 后缀。输出类型控制
-O	优化生成的代码，-Os 仅仅是优化生成代码的大小，它开启了所有的-O2优化选项，除了那些会使代码尺寸增大的选项。 优化选项

LD 编译选项详解：

编译选项	含义
-m	指定生成文件的格式，默认使用 LDEMULATION环境变量，如果没有这个环境变量，则依赖与linker 的默认配置。通过 ld -V 可以查看它支持的 emulation。
-nostdlib	只搜索命令行中显示制定的库目录，链接脚本里面制定的目录被忽略，包括命令行中制定的链接脚本。
-N	设置 text and data section 可读写，数据段不进行页对其，不链接动态链接库
-e entry	指定程序开始执行的入口函数，而不是默认的入口点。
-Tbss=org / -Tdata=org / -Ttext=org	通过 org 制定一个 section 在输出文件中的绝对地址。

dd 磁盘维护命令详解：

Linux dd命令用于读取、转换并输出数据。dd可从标准输入或文件中读取数据，根据指定的格式来转换数据，再输出到文件、设备或标准输出。

if = 文件名：输入文件名，缺省为标准输入。
of = 文件名：输出文件名，缺省为标准输出。
	ibs = bytes：一次读入bytes个字节，即指定一个块大小为bytes个字节。（默认 512 字节）
	obs = bytes：一次输出bytes个字节，即指定一个块大小为bytes个字节。（默认 512 字节）
	bs = bytes：同时设置读入/输出的块大小为bytes个字节。
	cbs = bytes：一次转换bytes个字节，即指定转换缓冲区大小。
skip = blocks：从输入文件开头跳过blocks个块后再开始复制。
seek = blocks：从输出文件开头跳过blocks个块后再开始复制。
count = blocks：仅拷贝blocks个块，块大小等于ibs指定的字节数。
conv = <关键字>，关键字可以有以下11种：
	conversion：用指定的参数转换文件。
	ascii：转换ebcdic为ascii
	ebcdic：转换ascii为ebcdic
	ibm：转换ascii为alternate ebcdic
	block：把每一行转换为长度为cbs，不足部分用空格填充
	unblock：使每一行的长度都为cbs，不足部分用空格填充
	lcase：把大写字符转换为小写字符
	ucase：把小写字符转换为大写字符
	swab：交换输入的每对字节
	noerror：出错时不停止
	notrunc：不截短输出文件
	sync：将每个输入块填充到ibs个字节，不足部分用空（NUL）字符补齐。

N and BYTES may be followed by the following multiplicative suffixes:
c =1, w =2, b =512, kB =1000, K =1024, MB =1000*1000, M =1024*1024, xM =M
GB =1000*1000*1000, G =1024*1024*1024, and so on for T, P, E, Z, Y.

问题二：一个被系统认为是符合规范的硬盘主引导扇区的特征是什么？

回答：硬盘主引导扇区的 size = 512 Bytes，并且最后两个字节为0x55AA。