中國科學(xué)院大學(xué)操作系統(tǒng)考試思考題答案-展示頁
2025-07-07 03:55本頁面
【正文】 setup_paging：…ret10. 保護(hù)模式的“保護(hù)”體現(xiàn)在哪里？答：打開了保護(hù)模式后，CPU 的尋址模式發(fā)生了變化，需要依賴于 GDT 去獲取代碼或數(shù)據(jù)段的基址。所以要達(dá)到既調(diào)用 main又不需返回，就不采用 call 而是選擇了 ret“調(diào)用”了。答：CALL 指令會將 EIP 的值自動壓棧，保護(hù)返回現(xiàn)場，然后執(zhí)行被調(diào)函數(shù)，檔執(zhí)行到被調(diào)函數(shù)的ret指令時，自動出棧給 EIP 并還原現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行CALL 的下一行指令。當(dāng)計算機(jī)處在32 位的保護(hù)模式狀態(tài)下時，調(diào)用main的條件才算準(zhǔn)備完畢。8. Linux是用C語言寫的，為什么沒有從main還是開始，而是先運(yùn)行3個匯編程序，道理何在？答：通常用 C 語言編寫的程序都是用戶應(yīng)用程序，這類程序的執(zhí)行必須在操作系統(tǒng)上執(zhí)行，也就是說要由操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序創(chuàng)建進(jìn)程，并把應(yīng)用程序的可執(zhí)行代碼從硬盤加載到內(nèi)存。打開A20是打開PE的必要條件；而打開A20不一定非得打開PE。A20是cpu的第 21 位地址線，A20 未打開的時候，實(shí)模式下的最大尋址為 1MB+64KB,而第21根地址線被強(qiáng)制為0，所以相當(dāng)于 cpu“回滾”到內(nèi)存地址起始處尋址。注意到已經(jīng)開啟了保護(hù)模式的機(jī)制，這里的8是保護(hù)模式下的段選擇符，而不能當(dāng)成簡單的阿拉伯?dāng)?shù)字8來看待。6. setup程序的最后是jmpi 0,8 為什么這個8不能簡單的當(dāng)作阿拉伯?dāng)?shù)字8看待？答：這里 8 要看成二進(jìn)制 1000，最后兩位00表示內(nèi)核特權(quán)級，第三位0表示 GDT 表，第四位1表示根據(jù)GDT中的第2項(xiàng)來確定代碼段的段基址和段限長等信息。由于head放置在內(nèi)核的頭部，因此程序跳轉(zhuǎn)到head中執(zhí)行5. setup程序里的cli是為了什么？答：cli是關(guān)中斷指令。 setup 執(zhí)行了之后，內(nèi)核被移到了0x00000處，系統(tǒng)進(jìn)入了保護(hù)模式，并加載了中斷描述符表和全局描述符表lidt idt_48lgdt gdt_48在保護(hù)模式下，一個重要的特征就是根據(jù)GDT決定后續(xù)執(zhí)行哪里的程序。4. bootsect、setup、head程序之間是怎么銜接的？給出代碼證據(jù)。加載之后挪到0x90000處的原因如下：首先內(nèi)核會使用啟動扇區(qū)中的一些數(shù)據(jù)，如第 50509 字節(jié)處的 ROOT_DEV；其次，依據(jù)系統(tǒng)對內(nèi)存的規(guī)劃，內(nèi)核占用 0x0000 開始的空間，因此 0x7c00 可能會被覆蓋。另外，如果要使用BIOS進(jìn)行加載，而且加載完成之后再執(zhí)行，則需要很長的時間，因此Linux采用的是邊執(zhí)行邊加載的方法。例如， BIOS可以不用知道內(nèi)核鏡像的大小以及其在軟盤的分布等等信息，減輕了 BIOS 程序的復(fù)雜度，降低了硬件上的開銷。這樣構(gòu)建的好處是站在整個體系的高度，統(tǒng)一設(shè)計和統(tǒng)一安排，簡單而有效。所以計算機(jī)啟動最開始執(zhí)行的是 bios 代碼2. 為什么BIOS只加載了一個扇區(qū)，后續(xù)扇區(qū)卻是由bootsect代碼加載？為什么BIOS沒有把所有需要加載的扇區(qū)都加載？答：對 BIOS 而言，“約定”在接到啟動操作系統(tǒng)的命令后，“定位識別”只從啟動扇區(qū)把代碼加載到 0x7c00 這個位置。1. 為什么計算機(jī)啟動最開始的時候執(zhí)行的是BIOS代碼而不是操作系統(tǒng)自身的代碼？答：通常我們用C語言寫的用戶程序，必須在操作系統(tǒng)的平臺上執(zhí)行，即操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序創(chuàng)建進(jìn)程并把應(yīng)用程序的可執(zhí)行代碼加載到內(nèi)存。計算機(jī)啟動的時候，操作系統(tǒng)并沒有在內(nèi)存中，我們首先要把操作系統(tǒng)加載到內(nèi)存，而這個工作最開始的部分，就是由bios 程序來實(shí)現(xiàn)的。后續(xù)扇區(qū)則由 bootsect 代碼加載，這些代碼由編寫系統(tǒng)的用戶負(fù)責(zé)，與 BIOS 無關(guān)。BIOS 和操作系統(tǒng)的開發(fā)都可以遵循這一約定，靈活地進(jìn)行各自的設(shè)計。而操作系統(tǒng)的開發(fā)者也可以按照自己的意愿，內(nèi)存的規(guī)劃，等等都更為靈活。3. 為什么BIOS把bootsect加載到0x07c00，而不是0x00000？加載后又馬上挪到0x90000處，是何道理？為什么不一次加載到位？答：因?yàn)锽IOS首先會把中斷向量表加載到0x000000x003ff的1KB的內(nèi)存空間，在加載bootsect時約定加載到0x07c00處，符合內(nèi)存布局，如下。因?yàn)榧虞d到0x07c00是BIOS約定好的，操作系統(tǒng)只能遵守這個約定。答：bootsect首先利用int 0x13中斷分別加載setup程序及system模塊，待bootsect程序的任務(wù)完成之后，執(zhí)行jmpi 0,SETUPSEG由于 bootsect 將 setup 段加載到了 SETUPSEG:0 的地方,在實(shí)模式下，該指令跳轉(zhuǎn)到setup段的第一條指令。開啟保護(hù)模式后，執(zhí)行jmpi 0, 8根據(jù)保護(hù)模式的機(jī)制，該指令執(zhí)行后跳轉(zhuǎn)到以GDT第2項(xiàng)中的 base_addr 為基地址，以0為偏移量的地方，其中base_addr為0。因?yàn)榇藭r需要由16位實(shí)模式向32位保護(hù)模式轉(zhuǎn)變，即將進(jìn)行實(shí)模式下的中斷向量表和保護(hù)模式下中斷描述符表的交接工作，在保護(hù)模式的中斷機(jī)制尚未完成時不允許響應(yīng)中斷，以免發(fā)生未知的錯誤。這樣，我們可以得到代碼是從段基址 0x00000000、偏移為 0 處開始執(zhí)行的，即 head 的開始位置。7. 打開A20和打開pe究竟是什么關(guān)系，保護(hù)模式不就是32位的嗎？為什么還要打開A20？有必要嗎？答：有必要。打開A20僅僅意味著CPU可以進(jìn)行32位尋址，且最大尋址空間是4GB，而打開PE是使能保護(hù)模式。打開PE是說明系統(tǒng)處于保護(hù)模式下，如果不打開A20的話，可以訪問的內(nèi)存只能是奇數(shù)1M段，若要真正在保護(hù)模式下工作，必須打開A20，實(shí)現(xiàn)32位尋址
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