Lab1 Report

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思考题

Thinking 1.1

  • 请阅读附录中的编译链接详解，尝试分别使用实验环境中的原生 x86 工具链（gcc、ld、readelf、objdump 等）和 MIPS 交叉编译工具链（带有 mips-linux-gnu- 前缀），重复其中的编译和解析过程，观察相应的结果，并解释其中向 objdump 传入的参数的含义。
    • 编译程序 hello.c，再用 objdump 反编译.o 与可执行文件
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    x86：
    gcc -c hello.c 生成 hello.o 文件 
    gcc -o hello_x86 hello.c 链接
    objdump -DSt hello.o x86 工具链反编译 x86 下的.o 文件
    objdump -DSt hello_x86 x86 工具链反编译 x86 下的可执行文件
    mips-linux-gnu-objdump -DSt hello.o :can't disassemble for architecture UNKNOWN!  
    mips-linux-gnu-objdump -DSt hello_x86 :can't disassemble for architecture UNKNOWN!

    =>mips-linux-gnu- 工具链不可反编译 x86 下的.o 与可执行文件

    MIPS 交叉编译工具链：
    mips-linux-gnu-gcc -c hello.c 生成 hello.o 文件
    mips-linux-gnu-gcc -o hello_mips hello.o 链接
    objdump -DSt hello.o x86 工具链反编译 mips 下的.o 文件
    objdump -DSt hello_mips x86 工具链反编译 mips 下的可执行文件
    mips-linux-gnu-objdump -DSt hello.o mips-linux-gnu- 工具链工具链反编译 mips 下的.o 文件
    mips-linux-gnu-objdump -DSt hello_mips >mips-linux-gnu- 工具链反编译 mips 下的可执行文件


    -D 
    --disassemble-all 
     与 -d 类似，但反汇编所有 section.

    -S 
    --source 
    尽可能反汇编出源代码，尤其当编译的时候指定了 -g 这种调试参数时，效果比较明显。隐含了 -d 参数。 

    -t：显示可执行文件的符号表。
    • 反编译.o 文件时某一些指令的地址为 0，没有取得应有的地址，但在链接成为可执行文件后，则被填入地址。
    • 通过观察不同工具链编译出的可执行文件和使用 objdump 解析的结果，可以发现它们在汇编指令和符号表等方面存在差异。不同的工具链可能使用不同的指令集，因此编译出的可执行文件也会有所不同。

Thinking 1.2

  • 尝试使用我们编写的 readelf 程序，解析之前在 target 目录下生成的内核 ELF 文件。

    • readelf 解析之前在 target 目录下生成的内核 ELF 文件结果
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  • 也许你会发现我们编写的 readelf 程序是不能解析 readelf 文件本身的，而我们刚才介绍的系统工具 readelf 则可以解析，这是为什么呢？（提示：尝试使用 readelf-h，并阅读 tools/readelf 目录下的 Makefile，观察 readelf 与 hello 的不同）

    • 使用 readelf -h 得到两个文件文件头差异

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    • 编写的 readelf 中 Elf32_Ehdr 等针对的是 32 位的 ELF 的解析，hello 程序 ELF 类别是 32 位，可被编写的 readelf 解析，但 readelf 文件本身位 64 位 ELF，不可被解析。系统工具则都可解析

Thinking 1.3

  • 在理论课上我们了解到，MIPS 体系结构上电时，启动入口地址为 0xBFC00000（其实启动入口地址是根据具体型号而定的，由硬件逻辑确定，也有可能不是这个地址，但一定是一个确定的地址），但实验操作系统的内核入口并没有放在上电启动地址，而是按照内存布局图放置。思考为什么这样放置内核还能保证内核入口被正确跳转到？（提示：思考实验中启动过程的两阶段分别由谁执行。）
    • 在实验操作系统的启动过程中，有一个引导加载程序的阶段。引导加载程序位于启动入口地址处，它的作用是将内核从磁盘中加载到内存中，并将控制权转移到内核入口地址。实验操作系统的内核入口地址放置在内存布局图的正确位置时，引导加载程序可以正确地将控制权转移到内核入口地址处，进入内核。
    • 因此，尽管内核入口地址不是启动入口地址，但通过引导加载程序的正确执行，内核入口仍然可以被正确地跳转到。

难点分析

  • 理解整体架构，查找、理解所需内存配置信息与关联函数参数使用，如：
    • 1.1 中查找各个结构体中成员表示的含义，对应 ELF 文件结构。节头中的地址信息需要通过 binary ELF 的文件头地址 +shoff 为入口偏移 + 节头数 * 节头大小 e_shentsize 得到当前节头地址，再通过该节头结构体中的 sh_addr 得到节头中的地址信息。
    • 1.4 中 printk 时第三个参数传入的是 unsigned long，十进制有符号数需要提前判断是否为负数，取绝对值，提出负号单独处理
  • 1.4 中 c 的语法和与逻辑，一些指针的使用，以及一点点 mips 的语法

实验体会

  • 体会到内核设计运行的复杂与严谨，内存信息需有序规划分配。以及多种类型文件的不同方式的编译，分别负责整体的不同功能方面。
  • 体会到一些 c 语言的强大的灵活基础能力
  • 记得要读网站上的题目，以及教程 exercise 上下文的信息提示，如“Note 1.3.5 通过查看内存布局图，同学们应该能找到.text 节的加载地址了，.data 和.bss 只需要紧随其后即可。”