《MIT 6.828 Lab 1 Exercise 7》实验报告

题目

解答

题目包括两部分：一是观察内存地址映射瞬间的状态，二是分析内存地址映射失败的影响。

一、观察内存地址映射瞬间的状态

题目首先要求观察执行命令movl %eax, %cr0前后0x00100000和0xf0100000两个地址的内容。我猜测执行前地址映射尚未完成，因此两个位置的内容不同；执行后地址映射完成，两个位置的内容将会相同。gdb调试结果也验证了我的猜测是正确的。

启动qemu和gdb，在mov %eax, %cr0所在的地址0x100025处加断点，运行至此，使用x/16xw查看两个地址往后16个word的内容，发现两者不同（后者为全0），说明地址映射尚未完成。

(gdb) x/16xw 0x00100000

0x100000:   0x1badb002  0x00000000  0xe4524ffe  0x7205c766

0x100010:   0x34000004  0x2000b812  0x220f0011  0xc0200fd8

0x100020:   0x0100010d  0x002cb880  0xe0fff010  0x000000bd

0x100030:   0x0000bc00  0x68e8f011  0xeb000000  0xe58955fe

(gdb) x/16xw 0xf0100000

0xf0100000 <_start+4026531828>: 0x00000000  0x00000000  0x000000000x00000000

0xf0100010 <entry+4>:   0x00000000  0x00000000  0x00000000  0x00000000

0xf0100020 <entry+20>:  0x00000000  0x00000000  0x00000000  0x00000000

0xf0100030 <relocated+4>:   0x00000000  0x00000000  0x000000000x00000000

继续往下执行一步，再查看两个地址往后16个word，发现内容完全相同，说明地址映射成功。

(gdb) x/16xw 0x00100000

0x100000:   0x1badb002  0x00000000  0xe4524ffe  0x7205c766

0x100010:   0x34000004  0x2000b812  0x220f0011  0xc0200fd8

0x100020:   0x0100010d  0xc0220f80  0x10002fb8  0xbde0fff0

0x100030:   0x00000000  0x110000bc  0x0068e8f0  0xfeeb0000

(gdb) x/16xw 0xf0100000

0xf0100000 <_start+4026531828>: 0x1badb002  0x00000000  0xe4524ffe0x7205c766

0xf0100010 <entry+4>:   0x34000004  0x2000b812  0x220f0011  0xc0200fd8

0xf0100020 <entry+20>:  0x0100010d  0xc0220f80  0x10002fb8  0xbde0fff0

0xf0100030 <relocated+1>:   0x00000000  0x110000bc  0x0068e8f00xfeeb0000

二、分析内存地址映射失败的影响

题目第二个问题是判断内存地址失败后哪些指令会运行失败，我判断是下面两条指令mov $relocated, %eax和jmp %eax就会失败，我的推理过程：relocated这个地址是由段地址加上偏移地址得到的，段地址是0xf0100008，如果地址映射失败，那些jmp %eax就会跳到0xf010008加上偏移量的物理地址，导致出错。gdb调试结果恰好验证了我的猜测是正确的。

将kern/entry.S的movl %eax, %cr0注释掉，重新启动qemu和gdb，在jmp %eax加断点，使用c命令运行到这里，使用x/16xw查看0x00100000和0xf0100000两个地址往后16个word的内容，发现两者不同，后者依然是全0（内容与第一节第1步的相同，此处不再提供）。可见地址映射确实失败了。
继续往下执行一步，发现gdb报错。应该是因为0xf010002c地址后面的数据全为0，导致把空指针赋给寄存器而报错。

(gdb) si

=> 0xf010002c <relocated>:  add    %al,(%eax)

relocated () at kern/entry.S:74

74      movl    $0x0,%ebp           # nuke frame pointer

(gdb)

Remote connection closed

此时QEMU那边也打印一堆错误信息并终止运行：

qemu: fatal: Trying to execute code outside RAM or ROM at 0xf010002c

EAX=f010002c EBX=00010094 ECX=00000000 EDX=000000a4

ESI=00010094 EDI=00000000 EBP=00007bf8 ESP=00007bec

EIP=f010002c EFL=00000086 [--S--P-] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0

ES =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]

CS =0008 00000000 ffffffff 00cf9a00 DPL=0 CS32 [-R-]

SS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]

DS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]

FS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]

GS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]

LDT=0000 00000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT

TR =0000 00000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS32-busy

GDT=     00007c4c 00000017

IDT=     00000000 000003ff

CR0=00000011 CR2=00000000 CR3=00112000 CR4=00000000

DR0=00000000 DR1=00000000 DR2=00000000 DR3=00000000

DR6=ffff0ff0 DR7=00000400

CCS=00000084 CCD=80010011 CCO=EFLAGS

EFER=0000000000000000

FCW=037f FSW=0000 [ST=0] FTW=00 MXCSR=00001f80

FPR0=0000000000000000 0000 FPR1=0000000000000000 0000

FPR2=0000000000000000 0000 FPR3=0000000000000000 0000

FPR4=0000000000000000 0000 FPR5=0000000000000000 0000

FPR6=0000000000000000 0000 FPR7=0000000000000000 0000

XMM00=00000000000000000000000000000000 XMM01=00000000000000000000000000000000

XMM02=00000000000000000000000000000000 XMM03=00000000000000000000000000000000

XMM04=00000000000000000000000000000000 XMM05=00000000000000000000000000000000

XMM06=00000000000000000000000000000000 XMM07=00000000000000000000000000000000

GNUmakefile:165: recipe for target 'qemu-gdb' failed

make: *** [qemu-gdb] Aborted (core dumped)