操作系统高级教程-思考题-最新版

1.进程0创建进程1时，为进程1建立了自己的task_struct、内核栈，第一个页表，分别位于物理内存16MB的顶端倒数第一页、第二页。请问，这个了页究竟占用的是谁的线性地址空间，内核、进程0、进程1、还是没有占用任何线性地址空间？说明理由并给出代码证据。答：两次都是通过调用get_free_page()在物理内存里申请一个物理页，由于在head.s中决定内核的物理地址和线性地址是一一对应的。因此这两个页都在内核的线性地址空间内。setup_paging:movl$1024*5,%ecx/*5pages-pg_dir+4pagetables*/xorl%eax,%eaxxorl%edi,%edi/*pg_dirisat0x000*/cld;rep;stoslmovl$pg0+7,_pg_dir/*setpresentbit/userr/w*/movl$pg1+7,_pg_dir+4/*------------------*/movl$pg2+7,_pg_dir+8/*------------------*/movl$pg3+7,_pg_dir+12/*------------------*/movl$pg3+4092,%edimovl$0xfff007,%eax/*16Mb-4096+7(r/wuser,p)*/std1:stosl/*fillpagesbackwards-moreefficient:-)*/subl$0x1000,%eaxjge1b2.假设：经过一段时间的运行，操作系统中已经有5个进程在运行，且内核分别为进程4、进程5分别创建了第一个页表，这两个页表在谁的线性地址空间？用图表示这两个页表在线性地址空间和物理地址空间的映射关系。答：大师兄！！3.进程0开始创建进程1，调用了fork（），跟踪代码时我们发现，fork代码执行了两次，第一次，跳过init（）直接执行了for(;;)pause()，第二次执行fork代码后，执行了init（）。奇怪的是，我们在代码中并没有看见向后的goto语句，也没有看到循环语句，是什么原因导致反复执行？请说明理由，并给出代码证据。答：大师兄！！4.copy_process函数的参数最后五项是：longeip,longcs,longeflags,longesp,longss。查看栈结构确实有这五个参数，奇怪的是其他参数的压栈代码都能找得到，确找不到这五个参数的压栈代码，反汇编代码中也查不到，请解释原因。答：在执行intn这条中断指令时(在此即为int0x80)，系统会自动把ssesprflagscseip这五个寄存器的值压入栈中。5.用图表示下面的几种情况，并从代码中找到证据：a、当进程获得第一个缓冲块的时候，hash表的状态。b、经过一段时间的运行，已经2000多个buffer_head挂到hash_table上时，hash表（包括所有的buffer_head）的整体状态。c、经过一段时间的运行，有的缓冲块已经没有进程使用了（空闲），这样的空闲缓冲块是否会从hash_table上脱钩？d、经过一段时间的运行，所有的buffer_head都挂到hash_table上了，这时，又有进程申请空闲缓冲块，将会发生什么？解释原因并找到代码证据。答：见书上P100-P01.6.rd_load（）执行完之后，虚拟盘已经成为可用的块设备，并成为根设备。在向虚拟盘中copy任何数据之前，虚拟盘中是否有引导块、超级块、i节点位图、逻辑块位图、i节点、逻辑块？请解释其中的道理，并给出代码证据。答：在rd_load（）执行之前，虚拟盘经初始化后中存放的全是0。rd_init()中的代码段：---P46cp=rd_start;for(i=0;ilength;i++)*cp++='\0';且拷贝数据也是从虚拟盘开始处进行存放的。rd_load()中的代码：---P121cp=rd_start;while(nblocks){if(nblocks2)bh=breada(ROOT_DEV,block,block+1,block+2,-1);elsebh=bread(ROOT_DEV,block);…}(void)memcpy(cp,bh-b_data,BLOCK_SIZE);…}7.在虚拟盘被设置为根设备之前，操作系统的根设备是软盘（包括软驱），请说明设置软盘为根设备的技术路线，并给出代码证据。（提示：注意bootsect.s的249行，508这个数值。.org508root_dev:.wordROOT_DEV）答：在bootsect.s程序的开始处有一条语句对ROOT_DEV进行赋值。之后执行如下代码，确定所使用的根设备：segcsmovax,root_devcmpax,#0jneroot_definedsegcsmovbx,sectorsmovax,#0x0208!/dev/ps0-1.2Mbcmpbx,#15jeroot_definedmovax,#0x021c!/dev/PS0-1.44Mbcmpbx,#18jeroot_definedundef_root:jmpundef_rootroot_defined:segcsmovroot_dev,ax#1、首先会判断根设备是否已经设置，如果设置(如ROOT_DEV=0x306)则直接跳过。否则执行判定。#2、通过每磁道的扇区数判别是1.2Mb还是1.44Mb的软盘，判定完成后跳到末尾处。通过代码调试，发现该段代码执行完之后，存在地址0x901fc处的ROOT_DEV的值为0x021c，即为1.44Mb的软盘。#3、在main函数开始时，执行====ROOT_DEV=ORIG_ROOT_DEV;======把存放于0x901fc处的值赋给ROOT_DEV。++++#defineORIG_ROOT_DEV(*(unsignedshort*)0x901FC)8.Linux0.11是怎么将根设备从软盘更换为虚拟盘，并加载了根文件系统？用文字、图示表示，并给出代码证据。答：大师兄！！9.内核的线性地址空间是如何分页的？画出从0x000000开始的7个页（包括页目录表、页表所在页）的挂接关系图，就是页目录表的前四个页目录项、第一个个页表的前7个页表项指向什么位置？给出代码证据。答:Head.s中：setup_paging:movl$1024*5,%ecx/*5pages-pg_dir+4pagetables*/xorl%eax,%eaxxorl%edi,%edi/*pg_dirisat0x000*/cld;rep;stoslmovl$pg0+7,pg_dir/*setpresentbit/userr/w*/movl$pg1+7,pg_dir+4/*------------------*/movl$pg2+7,pg_dir+8/*------------------*/movl$pg3+7,pg_dir+12/*------------------*/_pg_dir用于表示内核分页机制完成后的内核起始位置，也就是物理内存的起始位置0x000000，以上四句完成页目录表的前四项与页表1，2,3,4的挂接movl$pg3+4092,%edimovl$0xfff007,%eax/*16Mb-4096+7(r/wuser,p)*/std1:stosl/*fillpagesbackwards-moreefficient:-)*/subl$0x1000,%eaxjge1b完成页表项与页面的挂接，是从高地址向低地址方向完成挂接的，16M内存全部完成挂接10.用文字和图说明中断描述符表是如何初始化的，可以举例说明（比如：set_trap_gate(0,÷_error)），并给出代码证据。答：对中断描述符表的初始化，就是将异常处理一类的中断服务程序与中断描述符表进行挂接。以set_trap_gate(0,÷_error)为例，0表示该中断函数的地址挂接在中断描述符表的第0项位置处，而&devide_error就是该异常处理函数的地址。对set_trap_gate(0,÷_error)进行宏展开后得到#defineset_trap_gate(0,&devide_error)\_set_gate(&idt[0],15,0,&devide_error)之后执行如下代码：#define_set_gate(&idt[0],15,0,&devide_error)(gate_addr,type,dpl,addr)\__asm__(movw%%dx,%%ax\n\t\movw%0,%%dx\n\t\movl%%eax,%1\n\t\movl%%edx,%2\:\:i((short)(0x8000+(013)+(158))),\o(*((char*)(&idt[0]))),\o(*(4+(char*)(&idt[0]))),\d((char*)(&devide_error)),a(0x00080000))%0=0x8f00,%1指向idt[0]的起始地址，%2指向四个字节之后的地址处。#1、将地址&devide_error放在EAX的低两个字节，EAX的高两字节不变。#2、把0x8f00放入EDX的低两字节，高两字节保持不变。#3、把EAX放在%1所指的地址处，占四字节。#4、将EDX放在%2所指的地址处，占四字节。大师兄！！11.为什么计算机启动最开始的时候执行的是BIOS代码而不是操作系统自身的代码？答：因为在计算机上电启动的时候，内存里没有任何代码，需要借助于BIOS代码进行加载引导扇区以及系统代码，在进行一系列的配置（如加载中断向量表和中断服务程序等）后才能够执行操作系统自身的代码。大师兄和P1.12.为什么BIOS只加载了一个扇区，后续扇区却是由bootsect代码加载？为什么BIOS没有把所有需要加载的扇区都加载？答：这是因为BIOS默认在计算机启动的时候通过BIOS中断只从启动扇区(对Linux-0.11而言指软盘的第一个扇区)加载代码。而后续代码的加载则是通过系统中断完成的。因为如果要使用BIOS进行加载，而且加载完成之后再执行，则需要很长的时间；因此Linux采用的是边执行边加载的方法。P613.为什么BIOS把bootsect加载到0x07c00，而不是0x00000？加载后又马上挪到0x90000处，是何道理？为什么不一次加载到位？答：因为BIOS首先会把中断向量表加载到0x00000-0x003ff的1KB的内存空间，在加载bootsect时约定加载到0x07c00处。挪到0x90000处是操作系统自身的代码完成的，是为加载后续代码做准备；而加载到0x07c00是BIOS约定好了的，操作系统也没办法。P914.bootsect、setup、head程序之间是怎么衔接的？给出代码证据。答：bootsect在完成自身复制之后，将setup加载到自己的后面(0x90200处)，将system模块加载到0x10000处。在完成加载之后，通过指令jmpi0,SETUPSEG跳转到setup程序处执行。setup首先关中断将system移动到内存地址起始位置0x0处。完成从16位模式向32位模式转变之后，执行jmpi0,8跳到head程序处执行。P14和P2415.setup程序里的cli是为了什么？答：cli是关中断指令。因为此时需要由16位实模式向32位保护模式转变，在新的中断机制未建好之前不允许响应中断(即使有，在操作系统看来跟没有一样)，因此使用cli指令关闭所有的中断(当然不包括NMI)。P1616.setup程序的最后是jmpi0,8为什么这个8不能简单的当作阿拉伯数字8看待？答：因为此时已经工作于32位保护模式下，此时“0”是段内偏移地址；而“8”是段选择符，用以选择段描述符表和描述符表项以及所要求的特权级。P2417.打开A20和打开pe究竟是什么关系，保护模式不就是32位的吗？为什么还要打开A20？有必要吗？答：