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科学院大学操作系统考试思考题答案 Last revision date: 13 December 2020. 1.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 ？ 2. 答：通常我们用C语言写的用户程序，必须在操作系统的平台上执行，即操作 系统为应用程序创建进程并把应用程序的可执行代码加载到内存。计算机启动 的时候，操作系统并没有在内存中，我们首先要把操作系统加载到内存，而这 个工作最开始的部分，就是由bios程序来实现的。所以计算机启动最开始执 行的是bios代码 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：对BIOS而言，“约定”在接到启动操作系统的命令后，“定位识别”只 从启动扇区把代码加载到0x7c00这个位置。后续扇区则由bootsect代码加 载，这些代码由编写系统的用户负责，与BIOS无关。这样构建的好处是站在 整个体系的高度，统一设il和统一安排，简单而有效。BIOS和操作系统的开发 都可以遵循这一约定，灵活地进行各自的设计。例如，BIOS可以不用知道内 核镜像的大小以及其在软盘的分布等等信息，减轻了 BIOS程序的复杂度，降 低了硬件上的开销。而操作系统的开发者也可以按照自己的意愿，内存的规 划，等等都更为灵活。另外，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。 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，符合内存布局，如下。 加载之后挪到0x90000处的原因如下：首先内核会使用启动扇区中的一些数 据，如第508、509字节处的ROOT_DEV：其次，依据系统对内存的规划，内核 占用0x0000开始的空间，因此0x7c00可能会被覆盖。因为加载到0x07c00 是BIOS约定好的，操作系统只能遵守这个约定。 bootsect, setup, head程序之间是怎么衔接的？给出代码证据。 6. 答：bootsect首先利用int 0x13中断分别加载setup程序及system模块，待 bootsect程序的任务完成之后，执行 jmpi 0, SETUPSEG 由于bootsect将setup段加载到了 SETUPSEG:0的地方，在实模式下,该指 令跳转到setup段的第一条指令。 setup执行了之后，内核被移到了 0X00000处，系统进入了保护模式，并 加载了中断描述符表和全局描述符表 lidt idt_48 Igdt gdt_48 在保护模顼下，一个重要的特征就是根据GDT决定后续执行哪里的程序。开启 保护模式后，执行 jmpi 0, 8 根据保护模式的机制，该指令执行后跳转到以GDT第2项中的base.addr为基 地址，以0为偏移量的地方，其中base.addr^Oo由于head放置在内核的头 部，因此程序跳转到head中执行 setup程序里的cli是为了什么？ 8. 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， 即将进行实模式下的中断向量表和保护模式下中断描述符表的交接工作，在保 护模式的中断机制尚未完成时不允许响应中断，以免发生未知的错误。 setup程序的最后是jmpi 0, 8为什么这个8不能简单的当作阿拉伯数字8 看待？ 10. 答：这里8要看成二进制1000,最后两位00表示内核特权级，第三位0表示 GDT表，第四位1表示根据GDT中的第2项来确定代码段的段基址和段限长等 信息。这样，我们可以得到代码是从段基址0偏移为0处开始执 行的，即head的开始位置°注意到己经开启了保护模式的机制，这里的8是 保护模式下的段选择符，而不能当成简单的阿拉伯数字8来看待。 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：有必要。A20是cpu的第21位地址线，A20未打开的时候，实模式下的 最大寻址为1MB+64KB,而第21根地址线被强制为0,所以相当于cpu “回滚” 到内存地址起始处寻址。打开A20仅仅意味着CPU可以进行32位寻址，且最大 寻址空间是4GB,而打开PE是使能保护模式。打开A20是打开PE的必要条 件；而打开A20不一定非得打开PE。打开PE是说明系统处于保护模式下，如 果不打开A20的话，可以访问的内存只能是奇数1M段，若要真正在保护模式下 工作，必须打开A