xv6 环境搭建

xv6 是 MIT 设计的一个教学型操纵系统。xv6 可在 Intel X86 框架上运行，为了方便，建议将 xv6 运行在 QEMU 虚拟机器上，本人的实验环境是 ubuntu 18.04 。

1. 安装系统

1. 安装 QEMU 软件。

   sudo apt-get install qemu  # 安装软件
   man qemu-system-i386       # 查看使用说明
   

2. 下载 xv6 ，本人学习的版本是基于 X86 框架的 xv6-rev11，如果安装了 git 可以直接拉取我的仓库主分支。

   sudo apt-get install git   # 安装 git 工具
   git clone https://github.com/professordeng/xv6-expansion.git # 拉取代码
   cd xv6-expansion     # 进入目录
   

3. 编译运行

   sudo apt-get install gcc   # gcc 负责编译
   make                       # 编译
   make qemu-nox              # 运行
   

   运行上面的指令若没有出错就会进入 xv6 系统操作界面，显示信息如下：

   qemu-system-i386 -nographic -drive file=fs.img,index=1,media=disk,format=raw -drive file=xv6.img,index=0,media=disk,format=raw -smp 2 -m 512 
   xv6...
   cpu1: starting 1
   cpu0: starting 0
   sb: size 1000 nblocks 941 ninodes 200 nlog 30 logstart 2 inodestart 32 bmap start 58
   init: starting sh
   

   其中 qemu-system-i386 就是模拟下的 X86 平台，-nographic 不需要图形设备（对服务器友好），-smp 是选择启动 CPU 的核数（2 核），-m 是指给此系统分配的内存大小。

4. 使用 QEMU 调试功能

   按 ctrl + a，再按 c，进入 QEMU 调试功能，包括但不限于以下功能

   • 按 q 退出虚拟机器。
   • 输入 info registers 查看所有寄存器信息。
   • 按 ctrl + a，再按 c 又回到 xv6 系统。
   • 输入 info mem 显示映射的虚拟地址和权限。
   • 输入 info pg 显示当前页表结构。

5. 补充

   xv6 也可以使用 make qemu 启动，此时会启动两个窗口。鼠标被捕捉后可以用 Alt + Ctrl 组合键解脱。

2. 简单使用系统

执行 make qemu-nox 进入 xv6 操作系统后，就可以使用系统了。xv6 实现了一小部分 Linux 系统上通用的命令，例如：

ls                        # 显示当前目录下的文件
cat README.md             # 将 README.md 的内容打印到屏幕上
echo hello                # 输出 hello 到屏幕上
cat README.md | grep qemu # 用管道连接两个命令
wc README.md              # 对 README.md 的内容进行统计
rm wc                     # 删除 wc 文件

这是一些常见的命令，还有一些其他命令可用 ls 查看。

• 拓展（可以跳过）

  通过 ctrl + p 查看进程信息（由 proc.c 文件中的 procdump() 内核函数实现）。可以看到 sleep 进程后面跟着一串数字，是调用栈中关于函数调用的地址。例如

  1 sleep init 80103e27 80103ec7 80104879 80105835 8010564f
  2 sleep sh   80103dec 801002ca 80100f9c 80104b62 80104879 80105835 8010564f
  

  打开另一个终端，利用 addr2line 工具，执行如下命令

  addr2line -e kernel 80103e27
  

  可以知道地址 0x80103e27 对应于 kernel 内核代码 proc.c 文件的第 445 行，显示信息如下：

  /home/ubuntu/xv6-expansion/proc.c:445
  

  查看 proc.c 文件的第 445 行可知，该行代码位于 sleep() 函数中。

2. 修改系统代码

接下来做个最简单的热身动作，打开 main.c 文件，将 cprintf() 函数打印的启动提示信息 cpu0: starting 0 修改成 cpu0: let 0 go，然后执行下面指令进入系统

make 
make qemu-nox

你会发现系统提示信息已经改变，恭喜你，你开始动手修改 xv6 操作系统了。