课程设计说明书
学 院： 计算机科学与工程学院 专 业： 计算机科学与技术 姓 名： 杨天驹 学 号： 07
指导教师： 黄廷辉
2012年 3 月 5 日
操作系统课程设计报告
GeekOS操作系统的研究与实现 （项目0-------项目2）
一、 实验目的：
熟悉GeekOS项目编译运行环境、核态进程的实现、用户态进程的实现、进程调度策略和算法实现、分页存储管理的实现和文件系统的实现等。
二、 项目设计要求：
GeekOS设计项目0：
1. 搭建GeekOS的编译和调试平台，掌握GeekOS的内核进程工作原理。 2. 熟悉键盘操作函数，编程实现一个内核进程。该进程的功能是：接受键盘输入的字符并显示到屏幕上，当输入Ctrl+D时，结束进程的运行。 GeekOS设计项目1：
1.修改/geekos/文件：在函数Parse_ELF_Executable()中添加代码，分析ELF格式的可执行文件（包括分析得出ELF文件头、程序头，获取可执行文件长度、代码段、数据段等信息），并填充Exe_Format数据结构中的域值。 2.掌握GeekOS在核心态运行用户程序的原理，为项目2的实现做准备。 GeekOS设计项目2：
本项目要求用户对以下几个文件进行修改： 1. src/GeekOS/文件中的函数Spawn（），其功能是生成一个新的用户级进程。 2. src/GeekOS/文件中的函数Switch_To_User_Context()，调度程序在执行一个新的进程前调用该函数以切换用户地址空间。
3. src/GeekOS/文件中的函数Parse_ELF_Executable()。该函数的实现要求和项目1相同。
4. src/GeekOS/文件中主要是实现一些为实现对src/GeekOS/中高层操作支持的函数。 （1）Destroy_User_Context()函数的功能是释放用户态进程占用的内存资源。
（2）Load_User_Program()函数的功能是通过加载可执行文件镜像创建新进程的User_Context结构。
（3）Copy_From_User()和Copy_To_User()函数的功能是在用户地址空间和内核地址空间之间复制函数，在分段存储器管理模式下，只要段有效，调用memcpy函数就可以实现这两个函数的功能。
（4）Switch_To_Address_Space()函数的功能是通过将进程的LDT装入到LDT寄存器来激活用户的地址空间。
5. src/GeekOS/文件中的Start_User_Thread函数和Setup_User_Thread函数。
（1）Setup_User_Thread()函数的功能是为进程初始化内核堆栈，堆栈
中是为进程首次进入用户态运行时设置处理器状态要使用的数据。
（2）Start_User_Thread()是一个高层操作，该函数使用User_Context
对象开始一个新进程
6. src/GeekOS/文件中主要是实现用户程序要求内核进行服务的一些系统调
用函数定义。要求用户实现的有Sys_Exit()函数、Sys_PrintString()函数、Sys_GetKey()、Sys_SetAttr()、Sys_Getcursor()、Sys_PutCursor()函数、Sys_Wait()函数和Sys_GetPID()函数。这些函数在文件中有详细的注释，按照提示用户可以很好实现它们的功能。
最后，需要在文件中改写生成第一个用户态进程的函数调用：
Spawn_Init_Process(void)。需要注意的是：作为与用户沟通的界面，GeekOS提供了一个简单的Shell，保存在PFAT文件系统内，所以GeekOS系统启动后，应启动shell程序/c/运行，所以需要将/c/作为可执行文件传递给Spawn函数的program参数，创建第一个用户态进程，然后由它来创建其他进程。 添加代码运行成功后，GeekOS就可以挂载shell，并能运行测试文件和。
三、 如何建立开发环境：
（一） 利用linux安装盘安装了版本的linux操作系统环境；
（二） 联网后通过系统里的更新管理器更新了系统，并安装了语言包和必要的
驱动。
（三） 在ubuntu软件中心下载安装了NASM汇编器、Bochs PC模拟器以及
bochs-x插件（保证环境下的bochs正常运行）。
四、 项目设计原理：
Make工作原理：
在默认的方式下，只要输入make命令就可以工作。具体的处理过程如下： (1)make会在当前目录下找文件名为“Makefile”或“makefile”的文件。 (2)如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，
它会找到“edit”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。 (3)如果edit文件不存在，或是edit所依赖的后面的.o文件的修改时间要
比edit这个文件新，那么，就会执行后面所定义的命令来生成edit这个文件。
(4)如果edit所依赖的.o文件也不存在，那么make会在当前文件中找目标
为.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成.o文件（这有点像一个堆栈的过程）。
(5)如果指定的C文件和H文件是存在的， make会生成.o文件，然后再用.o
文件生成make的最终任务，也就是链接生成执行文件edit。
GeekOS的makefile文件功能：
（1） 指定GeekOS如何被编译，哪些源文件被编译，哪些用户程序被编译
等等。通常不同项目的编译仅仅需要修改这一部分。
（2） 定义了编译GeekOS要用到的工具程序。 （3） 指定规则：描述系统如何编译源程序。 （4） 指定系统编译生成的指定文件 。 GeekOS项目的开发流程：
1. 开始一个GeekOS项目，第一步是添加相应的代码 。
2. 在Linux下利用make命令编译系统，生成系统镜像文件。
操作系统课程设计
