GeekOS:Project1. Loading Executable Files

一、项目设计目的
       熟悉ELF文件格式，了解GeekOS系统如何将ELF格式的可执行程序装入到内存，建立内核进程并运行的实现技术。
二、项目设计要求
   1、修改/geekos/elf.c文件：在函数Parse_ELF_Executable( )中添加代码，分析ELF格式的可执行文件（包括分析得出ELF文件头、程序头，获取可执行文件长度，代码段、数据段等信息），并填充Exe_Format数据结构中的域值。
  2、在Linux环境下编译系统得到GeekOS镜像文件。
  3、编写一个相应的bochs配置文件。
  4、在bochs中运行GeekOS系统显示结果。

---

在此项目中，GeekOS需要从磁盘加载一个可执行文件到内存中，并且在内核线程中执行此程序。我们需要做的就是完成/geekos/elf.c中Parse_ELF_Executable函数，把EXE文件的内容填充到指定的Exe_format格式的区域。

/geekos/elf.c中Parse_ELF_Executable函数的定义如下：

int Parse_ELF_Executable(char *exeFileData, ulong_t exeFileLength, struct Exe_Format *exeFormat)

exeFileData为ELF(Executable and Linking Format)格式的可执行文件的内容，exeFileLength为文件的长度，函数就是需要把exeFileData中的数据填充到exeFormat中。

先来分析一下ELF文件内容布局：
 
文件最开始是ELF文件头结构，跟着是ProgramesHeader表，接下来是各个区段，最后是可选的区段头表。详细的可以参看ELF Specification。
在elf.h中可以找到 ELF Header和programHeader的定义：

typedef struct {

    unsigned  char    ident[16];

    unsigned  short   type;

    unsigned  short   machine;

    unsigned  int     version;

    unsigned  int     entry;

    unsigned  int     phoff;

    unsigned  int     sphoff;

    unsigned  int     flags;

    unsigned  short   ehsize;

    unsigned  short   phentsize;

    unsigned  short   phnum;

    unsigned  short   shentsize;

    unsigned  short   shnum;

    unsigned  short   shstrndx;

} ELFHeader;

ELFHEader各字段的含义参看这里ELF Header。

typedef struct {

   unsigned  int   type;

   unsigned  int   offset;

   unsigned  int   vaddr;

   unsigned  int   paddr;

   unsigned  int   fileSize;

   unsigned  int   memSize;

   unsigned  int   flags;

   unsigned  int   alignment;

} programHeader;

Exe_Format结构的定义如下：

struct Exe_Format {
    struct Exe_Segment segmentList[EXE_MAX_SEGMENTS]; /* Definition of segments */
    int numSegments;		/* Number of segments contained in the executable */
    ulong_t entryAddr;	 	/* Code entry point address */
};
struct Exe_Segment {
    ulong_t offsetInFile;	 /* Offset of segment in executable file */
    ulong_t lengthInFile;	 /* Length of segment data in executable file */
    ulong_t startAddress;	 /* Start address of segment in user memory */
    ulong_t sizeInMemory;	 /* Size of segment in memory */
    int protFlags;		 /* VM protection flags; combination of VM_READ,VM_WRITE,VM_EXEC */
};

明白了这几个结构后，程序就很容易了：

int Parse_ELF_Executable(char *exeFileData, ulong_t exeFileLength,
    struct Exe_Format *exeFormat)
{
     int i;
    elfHeader *hdr =(elfHeader*) exeFileData;
    programHeader *phdr=(programHeader *)(exeFileData + hdr->phoff);;
    struct Exe_Segment * segment= exeFormat->segmentList ;
    for( i=0; i< hdr->phnum; i++)
    {
        segment->offsetInFile = phdr->offset;
        segment->lengthInFile = phdr->fileSize;
        segment->startAddress = phdr->vaddr;
        segment->sizeInMemory = phdr->memSize;
        phdr++;
        segment++;
    }
    exeFormat->numSegments = hdr->phnum;
    exeFormat->entryAddr = hdr->entry;
    return 0;
}

编译成功后执行结果如下：

此项目中执行的是 src/user/a.c编译后的a.exe程序，如果想修改显示信息的可以打开此文件修改。

此项目执行的程序放在disk.img磁盘映像中，和project0稍有不同，所以要修改下.bochsrc文件，参考配置如下:

config_interface: textconfig
romimage: file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest
megs: 8
vgaromimage: file=/usr/share/vgabios/vgabios.bin
floppya: 1_44=./fd.img, status=inserted
ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14
ata1: enabled=0, ioaddr1=0x170, ioaddr2=0x370, irq=15
#ata2: enabled=0, ioaddr1=0x1e8, ioaddr2=0x3e0, irq=11
#ata3: enabled=0, ioaddr1=0x168, ioaddr2=0x360, irq=9
ata0-master: type=disk, path="diskc.img", mode=flat, cylinders=40, heads=8, spt=64
#ata0-slave: type=cdrom, path="/dev/cdrom", status=inserted
boot: a
ips: 1000000
log:./bochs.out
vga_update_interval: 300000
keyboard_serial_delay: 250
keyboard_paste_delay: 100000
private_colormap: enabled=0

 

出处：http://wuchang.cnblos.com

20090614