本实验是 操作系统之基础 课程的配套实验，推荐大家进行实验之前先学习相关课程：
- L1 什么是操作系统
Tips：点击上方文字中的超链接或者输入 https://mooc.study.163.com/course/1000002004#/info 进入理论课程的学习。 如果网易云上的课程无法查看，也可以看 Bilibili 上的 操作系统哈尔滨工业大学李治军老师。
本操作系统实验的硬件环境是 IA-32（x86） 架构的 PC 机（在实验楼的环境中就是右侧的窗口），主要软件环境是 Bochs + gcc + 你最喜欢的编辑器 / IDE + 你最喜欢的操作系统 + Linux 0.11 源代码。
实验的基本流程是根据实验要求编写应用程序、修改 Linux 0.11 的源代码，用 gcc 编译后，在 Bochs 的虚拟环境中运行、调试目标代码。
上述实验环境涉及到的软件都是免费且开源的，具有较强的可移植性，可以在多种计算机的多种操作系统上搭建。为方便实验者，我们在最常见的平台 Ubuntu（最流行的 GNU/Linux 发行版之一）——上制作了 hit-oslab 集成环境，它基本包含了实验所需的所有软件，安装过程非常简单，基本上是直接解压就可以使用。
Bochs 是一个免费且开放源代码的 IA-32（x86）架构 PC 机模拟器。在它模拟出的环境中可以运行 Linux、DOS 和各种版本的 Windows 等多种操作系统。而 Bochs 本身具有很高的移植性，可以运行在多种软硬件平台之上，这也是我们选择它做为本书的指定模拟器的主要原因。
如果您想拥抱自由的 Linux，那么 Bochs 几乎是您的不二选择。如果您想继续把自己绑定在 Windows 平台上，那么除了 Bochs，您还可以选用 VMware 或者 Microsoft Virtual PC。它们是最著名虚拟机软件，而且都可以免费使用。因为 Bochs 的是模拟器，其原理决定了它的运行效率会低于虚拟机。
但对于本书所设计的实验来说，效率上的差别很不明显。而且，Bochs 有虚拟机无可比拟的调试操作系统的能力，所以我们更建议您选用 Bochs。hit-oslab 已经内置了 bochs，本实验后文假定的缺省环境也是 Bochs。
关于 Bochs 的更详细的介绍请访问它的 主页 及 Bochs 使用手册。
GCC 是和 Linux 一起成长起来的编译器。Linux 最初的版本就是由 GCC 编译的。现在 GCC 也是在自由软件领域应用最广泛的编译器。所以，我们也选择 GCC 做为本书实验的指定编译器。
GDB 调试器是 GCC 编译器的兄弟。做为自由软件领域几乎是唯一的调试器，它秉承了 Unix 类操作系统的一贯风格，采用纯命令行操作，有点儿类似 dos 下的 debug。
关于它的使用方法请看 GDB 使用手册。
另外，可以学习实验楼的 《GDB 简明教程》，通过动手实验学习 Linux 上 GDB 调试 C 语言程序的基本技巧。
Ubuntu 也许不是目前最好用的 Linux 桌面发行版，但它一定是最流行的。主要特点是易用，非常的易用。现在，已经有越来越多的人开始用 Ubuntu 完全代替 Windows，享受更加自由、安全、守法的感觉。
Ubuntu 的主页是 http://www.ubuntu.com/ ，这里不仅可以免费下载到 iso 文件，甚至能免费申领 Ubuntu 的安装光盘。
我们强烈建议您在 Ubuntu 下做实验。因为有些实验内容涉及到在自己改进的 Linux 0.11 下，运行自己编的应用程序。被改进的功能都是高版本 Linux 内核已经具有的，在其上确认自己编写的应用程序无误后，再用之测试自己改进的 Linux 0.11，可以更有信心些。
（1）准备环境
hit-oslab 实验环境简称 oslab，是一个压缩文件（hit-oslab-linux-20110823.tar.gz），这个文件已经下载到了 /home/teacher 目录和 /home/shiyanlou/oslab（大家一进入实验环境，就是点击左边的 terminal 打开终端以后，所在的目录就是 /home/shiyanlou，这是大家的主目录）下，大家可以使用下面的命令解压展开压缩包即可工作。
推荐大家使用如下的命令解压到 /home/shiyanlou/oslab/ 中。
# 进入到 oslab 所在的文件夹 $ cd /home/shiyanlou/oslab/ # 解压，并指定解压到 /home/shiyanlou/ # 这样的话，在 /home/shiyanlou/oslab/ 中就能找到解压后的所有文件 $ tar -zxvf hit-oslab-linux-20110823.tar.gz -C /home/shiyanlou/ # 查看是否解压成功 $ ls -al # 除了压缩包 hit-oslab-linux-20110823.tar.gz 之外，其他的就是压缩包中的内容
我在本地搭建了环境，文件上传到网盘了：
链接：https://pan.baidu.com/s/1JbWC8FAnUwVCydfnUId6oA
提取码：rsy9
（2）文件结构
- Image 文件
oslab 工作在一个宿主操作系统之上，我们使用的 Linux，在宿主操作系统之上完成对 Linux 0.11 的开发、修改和编译之后，在 linux-0.11 目录下会生产一个名为 Image 的文件，它就是编译之后的目标文件。
该文件内已经包含引导和所有内核的二进制代码。如果拿来一张软盘，从它的 0 扇区开始，逐字节写入 Image 文件的内容，就可以用这张软盘启动一台真正的计算机，并进入 Linux 0.11 内核。
oslab 采用 bochs 模拟器加载这个 Image 文件，模拟执行 Linux 0.11，这样省却了重新启动计算机的麻烦。
- bochs 目录
bochs 目录下是与 bochs 相关的执行文件、数据文件和配置文件。
- run 脚本
run 是运行 bochs 的脚本命令。
运行后 bochs 会自动在它的虚拟软驱 A 和虚拟硬盘上各挂载一个镜像文件，软驱上挂载是 linux-0.11/Image，硬盘上挂载的是 hdc-0.11.img。
因为 bochs 配置文件中的设置是从软驱 A 启动，所以 Linux 0.11 会被自动加载。
而 Linux 0.11 会驱动硬盘，并 mount 硬盘上的文件系统，也就是将 hdc-0.11.img 内镜像的文件系统挂载到 0.11 系统内的根目录 —— /。在 0.11 下访问文件系统，访问的就是 hdc-0.11.img 文件内虚拟的文件系统。
- hdc-0.11.img 文件
hdc-0.11.img 文件的格式是 Minix 文件系统的镜像。
Linux 所有版本都支持这种格式的文件系统，所以可以直接在宿主 Linux 上通过 mount 命令访问此文件内的文件，达到宿主系统和 bochs 内运行的 Linux 0.11 之间交换文件的效果。
Windows 下目前没有（或者是还没发现）直接访问 Minix 文件系统的办法，所以要借助于 fdb.img，这是一个 1.44M 软盘的镜像文件，内部是 FAT12 文件系统。将它挂载到 bochs 的软驱 B，就可以在 0.11 中访问它。而通过 filedisk 或者 WinImage，可以在 Windows 下访问它内部的文件。
hdc-0.11.img 内包含有：
- Bash shell；
- 一些基本的 Linux 命令、工具，比如 cp、rm、mv、tar；
- vi 编辑器；
- gcc 1.4 编译器，可用来编译标准 C 程序；
- as86 和 ld86；
- Linux 0.11 的源代码，可在 0.11 下编译，然后覆盖现有的二进制内核。
其他文件在后面用到的时候会进行单独讲解。
4. 使用方法
“编译内核” 比 “编写内核” 要简单得多。
首先要进入 linux-0.11 目录，然后执行 make 命令：
$ cd ./linux-0.11/ $ make all
因为 all 是最常用的参数，所以可以省略，只用 make，效果一样。
在多处理器的系统上，可以用 -j 参数进行并行编译，加快速度。例如双 CPU 的系统可以：
$ make -j 2
make 命令会显示很多很多的信息，你可以尽量去看懂，也可以装作没看见。只要最后几行中没有 “error” 就说明编译成功。
最后生成的目标文件是一个软盘镜像文件—— linux-0.11/Image（下面的图中给出了详细的信息）。如果将此镜像文件写到一张 1.44MB 的软盘上，就可以启动一台真正的计算机。
linux-0.11 目录下是全部的源代码，很多实验内容都是要靠修改这些代码来完成。修改后需要重新编译内核，还是执行命令：make all。
make 命令会自动跳过未被修改的文件，链接时直接使用上次编译生成的目标文件，从而节约编译时间。但如果重新编译后，你的修改貌似没有生效，可以试试先 make clean ，再 make all（或者一行命令：make clean && make all。make clean 是删除上一次编译生成的所有中间文件和目标文件，确保是在全新的状态下编译整个工程。
在 Bochs 中运行最新编译好的内核很简单，在 oslab 目录下执行：
# 注意是在上层目录 # 刚刚编译是在 oslab/linux-0.11/ 文件夹下 $ cd ~/oslab/ # 执行 run 脚本 $ ./run
如果出现 Bochs 的窗口，里面显示 linux 的引导过程，最后停止在 [/usr/root/]#，表示运行成功，如下图所示。
图 1 用 Bochs 启动 Linux 0.11 以后的样子
如果出现错误：
./bochs/bochs-gdb: error while loading shared libraries: libSM.so.6: cannot open shared object file: No such file or directory
打印动态链接配置：
ldconfig -p | grep libSM.so.6
libSM.so.6的链接信息：
libSM.so.6 (libc6,x86-64) => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libSM.so.6
我们需要的是32位的。搜索库对应的包名称：
apt-file search libSM.so.6
打印结果：
libsm6: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libSM.so.6 libsm6: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libSM.so.6.0.1
得到其对应的包名为libsm6，安装对应的32位库：
sudo apt-get install libsm6:i386
再次尝试，出现错误：
./bochs/bochs-gdb: error while loading shared libraries: libXpm.so.4: cannot open shared object file: No such file or directory
也可按以上方法解决，不过这里用了另一个工具：
dpkg-query -S libXpm.so.4
同理解决之，再次尝试：
./run
4.3 调试
内核调试分为两种模式：汇编级调试和 C 语言级调试。
（1）汇编级调试
汇编级调试需要执行命令：
# 确认在 oslab 目录下 $ cd ~/oslab/ # 运行脚本前确定已经关闭刚刚运行的 Bochs $ ./dbg-asm
汇编级调试的启动之后 Bochs 是黑屏，这是正常的。
可以用命令 help 来查看调试系统用的基本命令。更详细的信息请查阅 Bochs 使用手册。
（2）C 语言级调试
C 语言级调试稍微复杂一些。首先执行如下命令：
$ cd ~/oslab
$ ./dbg-c
$ cd ~/oslab
$ ./rungdb
注意：启动的顺序不能交换，否则 gdb 无法连接。
出现下图所示的提示，才说明连接成功：
如果出现提示：
/rungdb ./gdb: error while loading shared libraries: libncurses.so.5: cannot open shared object file: No such file or directory
即执行gdb的时候，报错libncurses.so.5: cannot open shared object file 找不到libncurses.so.5
解决办法是安装libncurses5:i386
sudo apt-get install libncurses5:i386
安装完成后，再次尝试
./rungdb ./gdb: error while loading shared libraries: libexpat.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory
找不到libexpat.so.1
至少有2种解决方法：一是安装libexpat1-dev:i386，二是创建一个软连接。
思路一
sudo apt-get install libexpat1-dev:i386
结果就是有了 /lib/i386-linux-gnu/libexpat.so.1
实际上/lib/i386-linux-gnu/libexpat.so.1 是个软连接，它指向/lib/i386-linux-gnu/libexpat.so.1.6.0
思路二
搜索名称包含libexpat.so的文件，我发现了/usr/lib/vmware-tools/lib32/libexpat.so.0/libexpat.so.0，也许可以创建一个软连接（相当于windows系统的快捷方式），让/usr/lib/libexpat.so.1（链接名）指向/usr/lib/vmware-tools/lib32/libexpat.so.0/libexpat.so.0（目标）。
命令是
sudo ln -s /usr/lib/vmware-tools/lib32/libexpat.so.0/libexpat.so.0 /usr/lib/libexpat.so.1
原文链接：https://blog.csdn.net/longintchar/article/details/79619465
再次运行，结果：
新终端窗口中运行的是 GDB 调试器。关于 gdb 调试器请查阅 GDB 使用手册。
操作参考GDB的Manuel：
man gdb
接下来讲解一下 Ubuntu 和 Linux 0.11 之间的文件交换如何启动。
开始设置文件交换之前，务必关闭所有的 Bochs 进程。
oslab 下的 hdc-0.11-new.img 是 0.11 内核启动后的根文件系统镜像文件，相当于在 bochs 虚拟机里装载的硬盘。在 Ubuntu 上访问其内容的方法是：
$ cd ~/oslab/ # 启动挂载脚本 $ sudo ./mount-hdc
mount-hdc是一个shell脚本：
1 #!/bin/sh 2 export OSLAB_PATH=$(dirname `which $0`) 3 mount -t minix -o loop,offset=1024 $OSLAB_PATH/hdc-0.11.img $OSLAB_PATH/hdc
第1行 指明脚本使用的shell
第2行 将调用本脚本的目录设置为oslab的目录
第3行 根据mount的manual手册，
-t minix 表示要挂载的文件系统类型为minix
-o[ption] 可以有3个参数（参考losetup的manual）：
loop 可以指定文件所映射的回环设备；若不指定，则由mount自动搜寻
offset 指定文件或设备中数据起始位置在该文件或设备中的偏移
sizelimit 从offset开始算起文件或设备的最大大小
故此行将$OSLAB_PATH/hdc-0.11.img映射到mount搜寻到的设备中，文件系统为minix，数据起始偏移为1024byte，再挂载到$OSLAB_PATH/hdc目录下。
这样Ubuntu就可以在$OSLAB_PATH/hdc下访问Linux-0.11的文件了
参考https://www.cnblogs.com/tradoff/p/5693710.html
之后，hdc 目录下就是和 0.11 内核一模一样的文件系统了，可以读写任何文件（可能有些文件要用 sudo 才能访问）。
# 进入挂载到 Ubuntu 上的目录 $ cd ~/oslab/hdc # 查看内容 $ ls -al
读写完毕，不要忘了卸载这个文件系统：
$ cd ~/oslab/ # 卸载 $ sudo umount hdc
经过 sudo ./mount-hdc 这样处理以后，我们可以在 Ubuntu 的 hdc 目录下创建一个 xxx.c 文件，然后利用 Ubuntu 上的编辑工具（如 gedit 等）实现对 xxx.c 文件的编辑工作，在编辑保存以后。
执行 sudo umount hdc 后，再进入 Linux 0.11（即 run 启动 bochs 以后）就会看到这个 xxx.c（即如下图所示），这样就避免了在 Linux 0.11 上进行编辑 xxx.c 的麻烦，因为 Linux 0.11 作为一个很小的操作系统，其上的编辑工具只有 vi，使用起来非常不便。
另外在 Linux 0.11 上产生的文件，如后面实验中产生的 process.log 文件，可以按这种方式 “拿到” Ubuntu 下用 python 程序进行处理，当然这个 python 程序在 Linux 0.11 上显然是不好使的，因为 Linux 0.11 上搭建不了 python 解释环境。
注意 1：不要在 0.11 内核运行的时候 mount 镜像文件，否则可能会损坏文件系统。同理，也不要在已经 mount 的时候运行 0.11 内核。
注意 2：在关闭 Bochs 之前，需要先在 0.11 的命令行运行 “sync”，确保所有缓存数据都存盘后，再关闭 Bochs。