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x86 模拟器 Bochs

Bochs 是一个免费且开放源代码的 IA-32（x86）架构 PC 机模拟器。在它模拟出的环境中可以运行 Linux、DOS 和各种版本的 Windows 等多种操作系统。而 Bochs 本身具有很高的移植性，可以运行在多种软硬件平台之上，这也是我们选择它做为本书的指定模拟器的主要原因。

如果您想拥抱自由的 Linux，那么 Bochs 几乎是您的不二选择。如果您想继续把自己绑定在 Windows 平台上，那么除了 Bochs，您还可以选用 VMware 或者 Microsoft Virtual PC。它们是最著名虚拟机软件，而且都可以免费使用。因为 Bochs 的是模拟器，其原理决定了它的运行效率会低于虚拟机。

缺省环境：默认的环境，缺省即默认的意思

GCC 编译器

GCC 是和 Linux 一起成长起来的编译器。Linux 最初的版本就是由 GCC 编译的。现在 GCC 也是在自由软件领域应用最广泛的编译器。

GDB 调试器

GDB 调试器是 GCC 编译器的兄弟。做为自由软件领域几乎是唯一的调试器，它秉承了 Unix 类操作系统的一贯风格，采用纯命令行操作，有点儿类似 dos 下的 debug。

tar -zxvf

x : 从 tar 包中把文件提取出来

z : 表示 tar 包是被 gzip 压缩过的，所以解压时需要用 gunzip 解压

v :显示详细信息

f xxx.tar.gz : 指定被处理的文件是 xxx.tar.gz

（2）文件结构

1.Image 文件

oslab 工作在一个宿主操作系统之上，我们使用的 Linux，在宿主操作系统之上完成对 Linux 0.11 的开发、修改和编译之后，在 linux-0.11 目录下会生产一个名为 Image 的文件，它就是编译之后的目标文件。

该文件内已经包含引导和所有内核的二进制代码。如果拿来一张软盘，从它的 0 扇区开始，逐字节写入 Image 文件的内容，就可以用这张软盘启动一台真正的计算机，并进入 Linux 0.11 内核。

oslab 采用 bochs 模拟器加载这个 Image 文件，模拟执行 Linux 0.11，这样省却了重新启动计算机的麻烦。

2.bochs 目录

bochs 目录下是与 bochs 相关的执行文件、数据文件和配置文件。

3.run 脚本

run 是运行 bochs 的脚本命令。

运行后 bochs 会自动在它的虚拟软驱 A 和虚拟硬盘上各挂载一个镜像文件，软驱上挂载是 linux-0.11/Image，硬盘上挂载的是 hdc-0.11.img。

因为 bochs 配置文件中的设置是从软驱 A 启动，所以 Linux 0.11 会被自动加载。 而 Linux 0.11 会驱动硬盘，并 mount 硬盘上的文件系统，也就是将 hdc-0.11.img 内镜像的文件系统挂载到 0.11 系统内的根目录 —— /。在 0.11 下访问文件系统，访问的就是 hdc-0.11.img 文件内虚拟的文件系统。

4.hdc-0.11.img 文件

hdc-0.11.img 文件的格式是 Minix 文件系统的镜像。 Linux 所有版本都支持这种格式的文件系统，所以可以直接在宿主 Linux 上通过 mount 命令访问此文件内的文件，达到宿主系统和 bochs 内运行的 Linux 0.11 之间交换文件的效果。 Windows 下目前没有（或者是还没发现）直接访问 Minix 文件系统的办法，所以要借助于 fdb.img，这是一个 1.44M 软盘的镜像文件，内部是 FAT12 文件系统。将它挂载到 bochs 的软驱 B，就可以在 0.11 中访问它。而通过 filedisk 或者 WinImage，可以在 Windows 下访问它内部的文件。

hdc-0.11.img 内包含有：

Bash shell； 一些基本的 Linux 命令、工具，比如 cp、rm、mv、tar； vi 编辑器； gcc 1.4 编译器，可用来编译标准 C 程序； as86 和 ld86； Linux 0.11 的源代码，可在 0.11 下编译，然后覆盖现有的二进制内核。

pwd 命令确认当前目录，

用 ls -l 列目录内容。

“编译内核” 比 “编写内核” 要简单得多。

4.1编译内核

首先要进入 linux-0.11 目录，然后执行 make 命令：

make all 因为 all 是最常用的参数，所以可以省略，只用 make效果一样。

在多处理器的系统上，可以用 -j 参数进行并行编译，加快速度。

例如双 CPU 的系统可以： make -j 2

make 命令会显示很多很多的信息，你可以尽量去看懂，也可以装作没看见。只要最后几行中没有 “error” 就说明编译成功。

make 命令会自动跳过未被修改的文件，链接时直接使用上次编译生成的目标文件，从而节约编译时间。但如果重新编译后，你的修改貌似没有生效，可以试试先 make clean ，再 make all 或者一行命令：make clean && make all。make clean 是删除上一次编译生成的所有中间文件和目标文件，确保是在全新的状态下编译整个工程。

4.2 运行最新编译好的内核

在 Bochs 中运行最新编译好的内核很简单，在 oslab 目录下执行：

执行 run 脚本

./run

如果出现 Bochs 的窗口，里面显示 linux 的引导过程，最后停止在 [/usr/root/]#，表示运行成功

4.3 调试

内核调试分为两种模式：汇编级调试和 C 语言级调试。

（1）汇编级调试

汇编级调试需要执行命令： 确认在 oslab 目录下

$` cd ~/oslab/

运行脚本前确定已经关闭刚刚运行的 Bochs

./dbg-asm

汇编级调试的启动之后 Bochs 是黑屏，这是正常的。

4.4 文件交换

接下来讲解一下 Ubuntu 和 Linux 0.11 之间的文件交换如何启动。

开始设置文件交换之前，务必关闭所有的 Bochs 进程。

oslab 下的 hdc-0.11-new.img 是 0.11 内核启动后的根文件系统镜像文件，相当于在 bochs 虚拟机里装载的硬盘。在 Ubuntu 上访问其内容的方法是：

cd ~/oslab/

启动挂载脚本

1. mount命令是经常会使用到的命令
   它用于挂载Linux系统外的文件
2. sudo命令以系统管理者的身份执行指令，
   也就是说，经由 sudo 所执行的指令就好像是 root 亲自执行。

sudo ./mount-hdc

之后，hdc 目录下就是和 0.11 内核一模一样的文件系统了，可以读写任何文件（可能有些文件要用 sudo 才能访问）。

进入挂载到 Ubuntu 上的目录

cd ~/oslab/hdc

读写完毕，不要忘了卸载这个文件系统：

cd ~/oslab/sudo umount hdc

经过 sudo ./mount-hdc 这样处理以后，我们可以在 Ubuntu 的 hdc 目录下创建一个 xxx.c 文件，然后利用 Ubuntu 上的编辑工具（如 gedit 等）实现对 xxx.c 文件的编辑工作，在编辑保存以后。

执行 sudo umount hdc 后，再进入 Linux 0.11（即 run 启动 bochs 以后）就会看到这个 xxx.c，这样就避免了在 Linux 0.11 上进行编辑 xxx.c 的麻烦，因为 Linux 0.11 作为一个很小的操作系统，其上的编辑工具只有 vi，使用起来非常不便。

注意 1：不要在 0.11 内核运行的时候 mount 镜像文件，否则可能会损坏文件系统。同理，也不要在已经 mount 的时候运行 0.11 内核。

注意 2：在关闭 Bochs 之前，需要先在 0.11 的命令行运行 “sync”，确保所有缓存数据都存盘后，再关闭 Bochs。

Linux sync命令用于数据同步,

会将存于 buffer 中的资料强制写入硬盘中 sync命令是在关闭Linux系统时使用的。

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