Sb96653

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

А. Ф. ГУБКИН

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2018

УДК 004.451(07) ББК З973.2-018.2я7

Г93

Губкин А. Ф.

Г93 Операционные системы: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ

«ЛЭТИ», 2018. 32 с.

ISBN 987-5-7629-2199-2

Содержит описание лабораторных работ по дисциплине «Операционные системы», предназначенных для получения студентами практических навыков работы с управляющей программой операционной системы (ОС) на уровне программного интерфейса. В лабораторных работах исследуются структуры загрузочных модулей, интерфейс прикладных программ с управляющей программой, управление основной памятью, резидентные обработчики прерываний, загрузка приложений разных форматов для выполнения.

Предназначено для студентов направлений «Программная инженерия» 09.03.04 и «Прикладная математика и информатика» 01.03.02.

УДК 004.451(07) ББК З973.2-018.2я7

Рецензент – директор по разработке С. П. Поспелов (ООО «Центр разработок ЕМС»).

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

2

ВВЕДЕНИЕ

Цикл лабораторных работ по дисциплине «Операционные системы» предназначен для получения студентами практических навыков работы с управляющей программой операционной системы (ОС) на уровне программного интерфейса. В лабораторных работах исследуются структуры загрузочных модулей, интерфейс прикладных программ с управляющей программой, управление основной памятью, резидентные обработчики прерываний, загрузка приложений разных форматов.

Лабораторные работы выполняются в широко доступной среде Windows, не требующей привилегированного доступа пользователей и специальных инструментов.

Работы предполагают знание студентами языка ассемблер Intel и умения работать с системой программирования Microsoft assembler (MASM) или Turbo assembler (TASM), использование компоновщика Link (TLINK) и отладчи-

ка TD.

Выполнение лабораторных работ состоит в исследовании механизмов управляющей программы ОС с помощью написанных на ассемблере утилит. В некоторых работах требуется создать несколько вариантов утилиты для исследования различных возможностей, предоставляемых функциями управляющей программы.

Информационные технологии (операционные системы, программное обеспечение общего и специализированного назначения, информационные справочные системы) и материально-техническая база, используемые в образовательном процессе по дисциплине, соответствуют требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.

ОБЩЕЕ РУКОВОДСТВО К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ

Общее руководство содержит информацию, используемую во всех лабораторных работах, и общие требования, которые должны выполняться во всех работах.

Реализация программного интерфейса. Программный интерфейс реа-

лизуется посредством функций, доступ к которым осуществляется по программному (синхронному) прерыванию с вектором 21H. Программные прерывания выполняются синхронно в темпе выполнения программы. В результате прерывания управление передается ядру операционной системы и по ко-

3

ду функции, заданной в регистре как параметр. Обработчик прерываний выбирает соответствующую функцию и передает ей управление.

Обращение к функциям управляющей программы. Обращение к функциям реализуется следующим образом. В регистры в зависимости от функции заносятся различные параметры. Однако в регистр AH всегда заносится код вызываемой функции. Затем выполняется прерывание с вектором 21H. Пример текста на ассемблере:

Обработка завершения функции управляющей программы. После обращения к функции необходимо обработать завершение выполнения функции. Для этого следует проверить С-бит в регистре флагов. Если С-бит имеет значение 0, то функция выполнена успешно. Если С-бит имеет значение 1, то в регистре AX содержится код завершения, который определяет ошибку. В этом случае программа должна завершить работу и вывести содержимое регистра AX в шестнадцатеричном и десятичном виде, а также диагностическое сообщение.

Далее приведены некоторые коды завершения (RC) и диагностические сообщения. Если вызываемая функция не была выполнена, то устанавливается флаг переноса CF = 1 и в AX заносится код ошибки:

1 – если номер функции неверен;

2 – если файл не найден;

5 – при ошибке диска;

8 – при недостаточном объеме памяти;

10 – при неправильной строке среды;

11 – если не верен формат.

Использование функции 4AH. Использование функции 4AH позволяет освободить неиспользуемую программой память, поскольку при загрузке модуля вся память выделяется этому модулю в соответствии со стратегией однопрограммных ОС.

Для этого следует использовать функции 4AH прерывания 21H. Пример обращения к этой функции:

4

В регистр BX заносится размер памяти в параграфах, который необходимо оставить программе.

Если занести заведомо больший размер памяти, чем может предоставить ОС, то в регистре BX возвращается размер доступной памяти в параграфах. В этом случае следует использовать следующее обращение:

Если вызываемая функция не была выполнена, то устанавливается флаг переноса CF = 1 и в AX заносится код ошибки.

Требования к представлению результатов и защите лабораторных работ. По результатам выполнения лабораторной работы представляются исходные тексты утилит, загрузочные модули, отчет в электронном виде в формате MS Word, содержащий постановку задачи и материалы в виде выходной информации утилит и скриншотов, обосновывающие ответы на контрольные вопросы.

Не следует включать в отчет исходные тексты программ. Их надо представить в виде текстовых файлов. Также следует представить файлы загрузочных модулей.

Представленные материалы проверяются и оцениваются преподавателем. Если возникают вопросы или замечания, студент исправляет отмеченные недостатки и повторно присылает исправленные материалы. После разрешения всех проблем ставится зачет. После получения зачетов по всем работам студент допускается до экзамена.

Лабораторная работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР ЗАГРУЗОЧНЫХ МОДУЛЕЙ

Цель работы – исследование различий в структурах исходных текстов модулей типов .СОМ и .ЕХЕ, структур файлов загрузочных модулей и способов их загрузки в основную память.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1.Написать текст исходного модуля .СОМ.

2.Написать текст исходного модуля .ЕХЕ.

3.Сравнить исходные тексты для модулей .СОМ и .ЕХЕ.

4.Открыть отладчик TD.EXE и загрузите .СОМ.

5.Открыть отладчик TD.EXE и загрузите «хороший» .ЕХЕ.

6.Оформить отчет в соответствии с требованиями.

5

1.1. Основные теоретические сведения

«Истина познается в сравнении», как говорили древние. В работе есть возможность исследовать в одной системе два различных формата загрузочных модулей, сравнить их и лучше понять, как система программирования и управляющая программа обращаются с ними. Система программирования включает компилятор с языка ассемблер (часто называется просто ассемблер), который изготавливает объектные модули. Компоновщик (Linker) по совокупности объектных модулей изготавливает загрузочный модуль, а функция ядра – загрузчик, который помещает программу в основную память и запускает выполнение. Все эти компоненты согласованно работают для изготовления и выполнения загрузочных модулей разного типа. Для выполнения лабораторной работы сначала нужно изготовить загрузочные модули.

1.2. Необходимые сведения для составления программы

Тип IBM PC хранится в байте по адресу 0F000:0FFFEH, в предпоследнем байте ROM BIOS.

Соответствие кода и типа в таблице:

Для определения версии MS DOS следует воспользоваться функцией 30H прерывания 21H. Входным параметром является номер функции в AH:

MOV AH,30h

INT 21h

Выходными параметрами являются:

AL – номер основной версии. Если 0, то < 2.0; AH – номер модификации;

BH – серийный номер OEM (Original Equipment Manufacturer); BL:CX – 24битовый серийный номер пользователя.

1.3. Описание последовательности выполнения работы

Шаг 1. Напишите текст исходного .СОМ модуля, который определяет тип РС и версию системы. Это довольно простая задача и для тех, кто уже имеет опыт программирования на ассемблере: это будет небольшой размин-

6

кой. Для тех, кто раньше не сталкивался с программированием на ассемблере, это неплохая задача для первого опыта.

За основу возьмите шаблон, приведенный далее в 1.4. Необходимые сведения о том, как извлечь требуемую информацию, представлены также в 1.4.

Ассемблерная программа должна читать содержимое предпоследнего байта ROM BIOS по таблице, сравнивая коды; определять тип РС и выводить строку с названием модели. Если код не совпадает ни с одним значением, то двоичный код переводится в символьную строку, содержащую запись шестнадцатеричного числа, и выводится на экран в виде соответствующего сообщения.

Затем определяется версия системы. Ассемблерная программа должна по значениям регистров AL и AH формировать текстовую строку в формате xx.yy, где xx – номер основной версии, а yy – номер модификации в десятичной системе счисления, формировать строки с серийным номером OEM и серийным номером пользователя. Полученные строки выводятся на экран.

Отладьте полученный исходный модуль.

Результатом выполнения этого шага будет «хороший» .СОМ-модуль, а также необходимо построить «плохой» .ЕХЕ, полученный из исходного текста для .СОМ-модуля.

Шаг 2. Напишите текст исходного .ЕХЕ-модуля, который выполняет те же функции, что и модуль в шаге 1, постройте и отладьте его. Таким образом будет получен «хороший» модуль .ЕХЕ.

Шаг 3. Сравните исходные тексты для модулей .СОМ и .ЕХЕ. Ответьте на контрольные вопросы «Отличия исходных текстов СОМ- и ЕХЕпро- грамм».

Шаг 4. Запустите FAR, откройте (F3/F4) файл загрузочного модуля

.СОМ и файл «плохого» .ЕХЕ в шестнадцатеричном виде. Затем откройте (F3/F4) файл загрузочного модуля «хорошего» .ЕХЕ и сравните его с предыдущими файлами. Ответьте на контрольные вопросы «Отличия форматов файлов СОМ- и ЕХЕ-модулей».

Шаг 5. Откройте отладчик TD.EXE и загрузите .СОМ. Ответьте на контрольные вопросы «Загрузка СОМ-модуля в основную память». Представьте в отчете план загрузки модуля .СОМ в основную память.

Шаг 6. Откройте отладчик TD.EXE и загрузите «хороший» .ЕХЕ. Ответьте на контрольные вопросы «Загрузка «хорошего» ЕХЕ-модуля в основную память».

7

Шаг 7. Оформление отчета в соответствии с требованиями. В отчете необходимо привести скриншоты. Для файлов – их вид в шестнадцатеричном виде, для загрузочных модулей – в отладчике.

1.4. Пример выполнения задания

Требуемая структура исходного текста модуля типа .СОМ. Шаблон

ассемблерного текста с функциями управляющей программы, и процедурами перевода двоичных кодов в символы шестнадцатеричных чисел и десятичное число приводится:

; Шаблон текста программы на ассемблере для модуля типа .COM

8

точка входа

9

Вопросы для контроля

Отличия исходных текстов СОМ- и ЕХЕпрограмм

1.Сколько сегментов должна содержать COM-программа?

2.EXE-программа?

3.Какие директивы должны обязательно быть в тексте COMпрограммы?

4.Все ли форматы команд можно использовать в COM-программе?

Отличия форматов файлов СОМ- и ЕХЕ-модулей

1.Какова структура файла COM? С какого адреса располагается код?

2.Какова структура файла «плохого» EXE? С какого адреса располагается код? Что располагается с адреса 0?

3.Какова структура файла «хорошего» EXE? Чем он отличается от файла «плохого» EXE?

Загрузка СОМ-модуля в основную память

1. Какой формат загрузки модуля COM? С какого адреса располагается

код?

2.Что располагается с адреса 0?

3.Какие значения имеют сегментные регистры? На какие области памяти они указывают?

4.Как определяется стек? Какую область памяти он занимает? Какие ад-

реса?

Загрузка «хорошего» ЕХЕ-модуля в основную память

1.Как загружается «хороший» EXE? Какие значения имеют сегментные регистры?

2.На что указывают регистры DS и ES?

3.Как определяется стек?

4.Как определяется точка входа?

Лабораторная работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСОВ ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ

Цель работы – исследование интерфейса управляющей программы и загрузочных модулей. Этот интерфейс состоит в передаче запускаемой программе управляющего блока, содержащего адреса и системные данные. Так загрузчик строит префикс сегмента программы (PSP) и помещает его адрес в сегментный регистр. Исследование префикса сегмента программы (PSP) и среды, передаваемой программе.

10