关于操作系统:从零开始写-OS-内核-加载可执行程序

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序篇
筹备工作
BIOS 启动到实模式
GDT 与保护模式
虚拟内存初探
加载并进入 kernel
显示与打印
全局描述符表 GDT
中断解决
虚拟内存欠缺
实现堆和 malloc
第一个内核线程
多线程运行与切换
锁与多线程同步
进入用户态
过程的实现
零碎调用
简略的文件系统
加载可执行程序
键盘驱动
运行 shell

有了后面几篇对于零碎调用和文件系统的铺垫，本篇来实现 exec 零碎调用，其实曾经是万事俱备了。exec 的应用想必你应该相熟，它在过程里调用后会读取给定的可执行文件，而后用这个文件里的程序笼罩以后 process 运行，这实际上就是实现了从磁盘上启动运行一个新程序的过程。

首先咱们须要筹备几个用户程序，并将它们写入上一篇中咱们定制的那个 naive_fs 磁盘镜像中去。我在我的项目里创立了一个 user 目录，并在外面也加了 user/src 目录寄存用户程序的源文件，以及 user/prog 用以寄存编译链接后的可执行二进制。例如咱们能够简略地写一个用户程序：

int main(int argc, char** argv) {while (1) {}}

它非常简单只是一个死循环。当然你也能够写一个打印性能的程序，不过这里须要先实现打印，留神这是用户态的打印，你必须在让 kernel 提供一个打印性能的零碎调用，比方叫 print，供用户调用。我将这个性能封装在了 src/common/stdio.c 的 printf 函数里，它底层会应用 print 零碎调用。这样相似于 C 规范库，它会被 link 到用户程序二进制里。

例如我写了一个用户程序 hello，外面用到了打印性能：

#include "common/common.h"
#include "common/stdio.h"
#include "syscall/syscall.h"

int main(uint32 argc, char* argv[]) {printf("start user app: hello\n");
  printf("argc = %d\n", argc);
  for (uint32 i = 0; i < argc; i++) {printf("argv[%d] = %s\n", i, argv[i]);
  }

  return 0;
}

编译链接生成用户二进制程序后，就能够应用前一篇提到的 disk_image_writer 函数将它们写入磁盘镜像。

接下来咱们能够实现 exec 零碎调用了，kernel 里的实现局部在 process_exec 函数。

首先是读取二进制文件，这里用到上一篇实现的文件系统的接口：

// Get elf binary file stat.
file_stat_t stat;
if (stat_file(path, &stat) != 0) {monitor_printf("Command %s not found\n", path);
  return -1;
}

// Read elf binary file.
uint32 size = stat.size;
char* read_buffer = (char*)kmalloc(size);
if (read_file(path, read_buffer, 0, size) != size) {monitor_printf("Failed to load cmd %s\n", path);
  kfree(read_buffer);
  return -1;
}

而后就是解析 elf 文件，这个在加载并进入 kernel 里曾经实现过，这里用 C 语言重写一下，看起来会更分明一点，代码在 src/elf/elf.c，它会将 elf 程序的各个 section 加载到内存，而后返回程序的入口地址。

接下来就是废除原来的 process 的所有资源，因为 exec 是占据式的，原来的程序会被齐全代替。这里次要是两项工作：

清理原来 process 的所有 threads，除了以后 thread；
开释原来的 user 空间的所有虚拟内存；

而后创立一个新的 thread，并使之以咱们刚加载的新的 elf 二进制的入口函数为 entry 开始运行，这个新的 thread 就是新程序开始运行的主线程。

至于以后的执行线程，在 process_exec 的结尾，会间接调用 schedule_thread_exit 函数进入沦亡。

本篇比较简单，次要是咱们各项筹备工作都曾经做的很充沛了，exec 的实现只是一个拼接工作。不过有一些细节还是要留神的，比如说 exec 的参数须要提前 copy 到内核中，而后再开释 user 空间的虚拟内存，因为传进来的参数本来是存储在 user 空间的，一旦开释了内存，前面就无奈再拜访这些参数了。

正文完