使用 qemu 执行并调试 lab1 中的软件。
为了更加简易地对 gdb 进行调试，我们应该安装 peda。但是我发现这个内核调试的版本并不能显示颜色，很多乱码，所以并没有什么卵用。
STEP-1
从 CPU 加电后执行的第一条指令开始，单步跟踪 BIOS 的执行
可以在 Makefile 的第 219-222 行看到 make 列举的命令中，有一个叫做 debug 的命令：
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| debug: $(UCOREIMG)
$(V)$(QEMU) -S -s -parallel stdio -hda $< -serial null &
$(V)sleep 2
$(V)$(TERMINAL) -e "gdb -q -tui -x tools/gdbinit"
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这三行命令分别执行：
使用 qemu 运行 32 位程序的虚拟机，这个变量值在 Makefile 的 27 行进行赋值，在我的 Ubuntu 中这个变量的最终赋值是 qemu-system-i386。要查看上面各个命令的含义使用 manual 即可：
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| $ qemu-system-i386 --help
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使用到的选项含义如下：
-S： 在启动时不启动 CPU， 需要在 monitor 中输入 c，才能让 qemu 继续模拟工作。-s：等待 gdb 连接到端口 1234；-hda $<：使用 $< 作为硬盘0、1、2、3镜像。其中 $< 指第一个依赖，也就是 $(UCOREIMG)；-parallel stdio：重定向虚拟并口到主机设备 studio 中；-serial null：不重定向虚拟串口到主机设备。
sleep 2：程序休眠两秒钟；
第三行以执行 gdb 的方式，打开一个终端，其中使用 tools/gdbinit 作为初始化配置。
根据附录中的内容，一顿瞎操作，我们需要把 ./tools/gdbinit 改成下面的样子：
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| # ./tools/gdbinit
set architecture i8086
target remote :1234
define hook-stop
x /i (($cs << 4) + $pc)
end
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前面两行的意思是：告诉 gdb 设置 32 位程序，并且把 gdb 通过 1234 网络端口链接到 qemu；
后面三行的意思是：加入一个停止的钩子，也就是说每次停止时会执行中间的语句；
原本的题目中给出的语句是 x /i $pc。但是根据附录中的提示，真实的执行位置是虚拟得到的，也就是通过 $cs. 寄存器与 $pc 寄存器计算而来，因此我们得到了上面的语句。
最后我们在 bash 中执行下面的命令就可以了：
我也不知道为什么第一次没有 hook 到 stop，需要手动显示：
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| 0x0000fff0 in ?? ()
(gdb) x /i (($cs << 4) + $pc)
0xffff0: ljmp $0xf000,$0xe05b
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可以看到 CPU 加电后的第一条指令是 ljmp 长转移指令，也就是说第一条指令是 0xfe05b 位置的指令。
STEP-2 & STEP-3
在初始化位置 0x7c00 设置实地址断点,测试断点正常。
从 0x7c00 开始跟踪代码运行,将单步跟踪反汇编得到的代码与 bootasm.S. 和 bootblock.asm 进行比较。
更改 ./tools/gdbinit 为下面的形式：
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| # ./tools/gdbinit
set architecture i8086
target remote :1234
define hook-stop
x /10i (($cs << 4) + $pc)
end
break *0x7c00
continue
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可以看到它得到的反汇编代码：
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| => 0x7c00: cli
0x7c01: cld
0x7c02: xor %ax,%ax
0x7c04: mov %ax,%ds
0x7c06: mov %ax,%es
0x7c08: mov %ax,%ss
0x7c0a: in $0x64,%al
0x7c0c: test $0x2,%al
0x7c0e: jne 0x7c0a
0x7c10: mov $0xd1,%al
0x7c12: out %al,$0x64
0x7c14: in $0x64,%al
0x7c16: test $0x2,%al
0x7c18: jne 0x7c14
0x7c1a: mov $0xdf,%al
0x7c1c: out %al,$0x60
0x7c1e: lgdtw 0x7c6c
0x7c23: mov %cr0,%eax
0x7c26: or $0x1,%eax
0x7c2a: mov %eax,%cr0
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boot/bootasm.S 的文件内容如下：
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| #include <asm.h>
# Start the CPU: switch to 32-bit protected mode, jump into C.
# The BIOS loads this code from the first sector of the hard disk into
# memory at physical address 0x7c00 and starts executing in real mode
# with %cs=0 %ip=7c00.
.set PROT_MODE_CSEG, 0x8 # kernel code segment selector
.set PROT_MODE_DSEG, 0x10 # kernel data segment selector
.set CR0_PE_ON, 0x1 # protected mode enable flag
# start address should be 0:7c00, in real mode, the beginning address of the running bootloader
.globl start
start:
.code16 # Assemble for 16-bit mode
cli # Disable interrupts
cld # String operations increment
# Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
xorw %ax, %ax # Segment number zero
movw %ax, %ds # -> Data Segment
movw %ax, %es # -> Extra Segment
movw %ax, %ss # -> Stack Segment
# Enable A20:
# For backwards compatibility with the earliest PCs, physical
# address line 20 is tied low, so that addresses higher than
# 1MB wrap around to zero by default. This code undoes this.
seta20.1:
inb $0x64, %al # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
testb $0x2, %al
jnz seta20.1
movb $0xd1, %al # 0xd1 -> port 0x64
outb %al, $0x64 # 0xd1 means: write data to 8042's P2 port
seta20.2:
inb $0x64, %al # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
testb $0x2, %al
jnz seta20.2
movb $0xdf, %al # 0xdf -> port 0x60
outb %al, $0x60 # 0xdf = 11011111, means set P2's A20 bit(the 1 bit) to 1
# Switch from real to protected mode, using a bootstrap GDT
# and segment translation that makes virtual addresses
# identical to physical addresses, so that the
# effective memory map does not change during the switch.
lgdt gdtdesc
movl %cr0, %eax
orl $CR0_PE_ON, %eax
movl %eax, %cr0
# Jump to next instruction, but in 32-bit code segment.
# Switches processor into 32-bit mode.
ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg
.code32 # Assemble for 32-bit mode
protcseg:
# Set up the protected-mode data segment registers
movw $PROT_MODE_DSEG, %ax # Our data segment selector
movw %ax, %ds # -> DS: Data Segment
movw %ax, %es # -> ES: Extra Segment
movw %ax, %fs # -> FS
movw %ax, %gs # -> GS
movw %ax, %ss # -> SS: Stack Segment
# Set up the stack pointer and call into C. The stack region is from 0--start(0x7c00)
movl $0x0, %ebp
movl $start, %esp
call bootmain
# If bootmain returns (it shouldn't), loop.
spin:
jmp spin
# Bootstrap GDT
.p2align 2 # force 4 byte alignment
gdt:
SEG_NULLASM # null seg
SEG_ASM(STA_X|STA_R, 0x0, 0xffffffff) # code seg for bootloader and kernel
SEG_ASM(STA_W, 0x0, 0xffffffff) # data seg for bootloader and kernel
gdtdesc:
.word 0x17 # sizeof(gdt) - 1
.long gdt # address gdt
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二者是相同的，与 ./obj/bootblock.asm 中的代码也是相同的。
从 boot/bootasm.S 可以看到这段代码的主要功能是：
- 初始化数据段、额外段、栈区等；
- 进行与早期 PC 兼容的操作，如果地址线超过总线长，高位会被清零；
- 从实模式切换到保护模式，使得物理地址表示转换为虚拟地址表示。
STEP-4
自己找一个bootloader或内核中的代码位置，设置断点并进行测试。
参考 git 版本仓库中 HEAD 的 gdbinit 版本：
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| file bin/kernel
target remote :1234
break kern_init
continue
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这个版本 break 在了 kern_init 这个函数，并且有源码进行 debug。