完整版系统软件开发实践报告.docx
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完整版系统软件开发实践报告
计算机科学与技术学院
系统软件开发实践报告
姓名：
王冬升
学号：
08123228
专业：
计算机科学与技术
班级：
计科12-1班
指导教师：
张博
2015年4月
摘要
操作系统和编译原理是大学计算机专业的必修课程。
在这些课程的教学教程中，容易偏重于理论的介绍，而忽视了实践环节。
本课程设计是在完成C++程序设计、数据结构、操作系统、编译技术教学后所进行的，全面综合训练学生的系统软件开发能力
关键字：
编译系统、Flex、Bison、操作系统、启动、内存管理
1借助Flex进行词法分析…………………………………………………2
1.1实验内容………………………………………………………………2
1.2实验要求………………………………………………………………2
1.3程序代码………………………………………………………………2
1.4实验结果………………………………………………………………4
2借助Flex/Bison进行语法分析…………………………………………5
2.1实验内容………………………………………………………………5
2.2实验要求………………………………………………………………5
2.3程序代码………………………………………………………………5
2.4实验步骤………………………………………………………………5
2.5实验结果………………………………………………………………7
3Flex/Bison综合实验……………………………………………………7
3.1实验内容………………………………………………………………7
3.2计算器具体需要实现的功能…………………………………………7
3.3实验要求………………………………………………………………7
3,4程序代码………………………………………………………………8
3.5实验结果………………………………………………………………11
4（操作系统实验）lib0：
熟悉实验环境…………………………………11
4.1实验目的………………………………………………………………11
4.2实验环境搭建…………………………………………………………11
4.3GCC编译练习…………………………………………………………12
4.4GDB调试练习…………………………………………………………12
5（操作系统实验）lib1：
启动操作系统…………………………………13
5.1实验目的………………………………………………………………13
5.2实验内容………………………………………………………………14
5.3实验步骤………………………………………………………………14
5.4操作系统启动过程……………………………………………………15
5.5实模式与保护模式……………………………………………………16
6（操作系统实验）lib2：
物理内存管理…………………………………16
6.1实验目的………………………………………………………………16
6.2实验内容………………………………………………………………16
6.3………………………………………………………………
7实验体会……………………………………………………………………
8参考文献……………………………………………………………………
1借助Flex进行词法分析
1.1实验内容
给定C语言的一个子集，具体内容如下：
1.下面是语言的关键字：
elseifswitchforintfloatreturnvoidwhile所有的关键字都是保留字，并且必须是小写。
2.下面是专用符号：
+-*/<<=>>===!
==;,（）[]{}/**/
3.其他标记是标识符（ID）和数字（NU），通过下列正则表达式定义：
ID=letterletter*
NUM=digitdigit*
letter=a|..|z|A|..|Z
digit=0|..|9
注：
小写和大写字母是有区别的。
4.空格由空白、换行符和制表符组成。
空格通常被忽略，除了它必须分开ID、NUM关键字。
5.注释用通常的C语言符号/*...*/围起来。
注释可以放在任何空白出现的位置（即注释不能放在标记内）上，且可以超过一行。
注释不能嵌套
1.2实验要求
编写LEX源文件，实现C语言子集的词法分析功能，最后上机调试。
要求编写一个测试程序，以给定的测试文件作为输入，输出运行结果到输出文件中
1.3程序代码
Lex.l源码:
%{
#include
#include
#include
intyywrap（）;
intlineno=1;
%}
delim[\t]
ws{delim}+
letter[A-Za-z]
digit[0-9]
id{letter}+
number{digit}+
enter[\n]
spchar（"{"|"}"|"["|"]"|"（"|"）"|";"|"="|","|"+"|"-"|"*"|"/"|"<"|"<="|">"|">="|"=="|"!
="）
comment\/\*（\*[^/]|[^*]）*\*\/
kwd（else|if|switch|for|int|float|return|void|while）
%%
{ws}{}
{comment}{}
{enter}{lineno++;}
{kwd}{fprintf（yyout,"%d行\tkeywod\t%s\n",lineno,yytext）;}
{spchar}{fprintf（yyout,"%d行\tspchar\t%s\n",lineno,yytext）;}
{id}{fprintf（yyout,"%d行\tidenti\t%s\n",lineno,yytext）;}
{number}{fprintf（yyout,"%d行\tnumber\t%s\n",lineno,yytext）;}.
%%
intyywrap（）{return1;}
intmain（void）
{
charinfilename[100];
printf（"输入文件名：
"）;
scanf（"%s",infilename）;
yyin=fopen（infilename,"r"）;
yyout=fopen（"out","w"）;
yylex（）;
return0;
}
测试程序：
1-1.cpp
#include
usingnamespacestd;
intmain（）{
inta;
intd=123456;
floatb=123.45;
inte=9;
a=（1+2-1）*4/2;
if（a>b）cout<<"a>b"<elsecout<<"a<=b"<cout<cout<cout<<"Welcometoc++"<return0;
}
1.4实验结果
实验结果输出到.out文件中，截图示例：
2借助Flex/Bison进行语法分析
2.1实验内容
利用附录提供的C语言文法的相关参考资料，利用Yacc/Bison编写一个C语言分析器。
具体内容：
1）利用语法分析器生成工具Bison编写一个语法分析程序，与词法分析器结合能够根据语言的上下文无关文法，识别输入的单词序列是否文法的句子
2）利用附录提供的C语言文法的相关参考资料，利用Yacc/Bison编写一个C语言分析器。
2.2实验要求
1）编写Bison源文件，实现C语言的语法分析功能，最后上机调试。
2）要求编写一个测试程序，以给定的测试文件作为输入，输出运行结果到输出文件中。
2.3程序代码
由于本实验的lex源文件和yacc源文件代码较长而且在“实验附录：
C语言相关文法”文件夹中已经给出相关源码的链接，由于报告篇幅限制不再贴出源码
Test.测试文件源码：
voidmain（）
{inti=0;intj=0;
}
voidt1（）
{inti=0;
}
typedefunsignedintuint;
uintxx;
uintyy;
2.4实验步骤
1、flex-linput.lex
bison-dcgrammar-new.y（产生头文件和.c文件）
2、comment函数调用yyinput，编译会有链接错误，解决方法一，将lex.yy.c中的yyinput函数定义拷贝一份到input.lex,重命名为my_yyinput,
或者将lex.yy.c中的
#ifdef__cplusplus
staticintyyinput（）
#else
staticintinput（）
#endif
改为staticintyyinput（）
上述问题出现的情形：
词法分析器的后缀名为.c,而不是.cpp
3、cgrammar-new.tab.c中如下程序段
/*----------.
|yyparse.|
`----------*/
#ifdefYYPARSE_PARAM
#ifdefined（__STDC__）||defined（__cplusplus）
intyyparse（void*YYPARSE_PARAM）
#else
intyyparse（YYPARSE_PARAM）
void*YYPARSE_PARAM;
#endif
#else/*!
YYPARSE_PARAM*/
#ifdefined（__STDC__）||defined（__cplusplus）
int
yyparse（void）
#else
int
yyparse（）;
#endif
#endif
改为
intyyparse（）或者intyyparse（void）
4、lex.yy.c中，将下面语句注释
if（!
yyin）
yyin=stdin;
5、解析之前，设置yyin为输入文件指针
externFILE*yyin;
if（!
（yyin=fopen（filename,"r"）））{
printf（"thefilenotexist\n"）;
exit（0）;
}
2.5实验结果
实验结果输出到.out文件中，截图示例：
3Flex/Bison综合实验
3.1实验内容
使用flex和bison开发了一个具有全部功能的桌面计算器，能够支持变量，过程，循环和条件表达式，使它成为一个虽然短小但是具有现实意义的编译器。
重点学习抽象语法树的用法，它具有强大而简单的数据结构来表示分析结果
3.2计算器具体需要实现的功能
变量命名；实现赋值功能；实现比较表达式（大于、小于、等于等等）实现if/then/else和do/while的流程控制；用户可以自定义函数；简单的错误恢复机制
3.3实验要求
编写Flex/Bison源文件，实现C语言的语法分析功能，最后上机调试。
要求编写一个测试程序：
1）首先自定义两个函数sq和avg，sq函数使用Newton方法来迭代计算平方根；avg函数计算两个数值的平均值。
2）利用定义好的函数进行计算，得到计算结果并显示出来
3.4程序代码
Cal.l源码
%{
#include"cal.tab.h"
%}
%optionnoyywrap
integer[0-9]+
dreal（[0-9]*"."[0-9]+）
ereal（[0-9]*"."[0-9]+[EedD][+-]?
[0-9]+）
real{dreal}|{ereal}
nl\n
plus"+"
minus"-"
times"*"
divide"/"
lp"（"
rp"）"
module"%"
power"^"
%%
[\t];/*skipanyblanks*/
{integer}{sscanf（yytext,"%d",&yylval.integer）;
returnINTEGER;}
{real}{sscanf（yytext,"%lf",&yylval.real）;/*yylval=atof（yytext）;itdoesn'tworkunderMSVSC*/
returnREAL;}
{plus}{returnPLUS;}
{minus}{returnMINUS;}
{times}{returnTIMES;}
{divide}{returnDIVIDE;}
{module}{returnMODULE;}
{power}{returnPOWER;}
{lp}{returnLP;}
{rp}{returnRP;}
{nl}{returnNL;}
.{returnyytext[0];}
Cal.y源码
%{
#include
#include
%}
%union{doublereal;/*realvalue*/
intinteger;/*integervalue*/}
%tokenREAL
%tokenINTEGER
%startlines
%tokenNUMBERNL
%tokenPLUSMINUSTIMESDIVIDEMODULEPOWERLPRP
%typerexpr
%typeiexpr
%leftPLUSMINUS/*leftassociative*/
%leftTIMESDIVIDEMODULE/*leftassociative*/
%leftPOWER
%leftUNARYMINUS
%%
lines:
/*nothing*/
|lineslineNL
|lineserrorNL
{yyerror（）;yyerrok;};
line:
iexpr
{printf（"%d\n",$1）;}
|rexpr
{printf（"%lf\n",$1）;};
iexpr:
INTEGER
{$$=$1;}
|iexprPLUSiexpr
{$$=$1+$3;}
|iexprMINUSiexpr
{$$=$1-$3;}
|iexprTIMESiexpr
{$$=$1*$3;}
|iexprDIVIDEiexpr
{if（$3）
$$=$1/$3;
else{$$=$1;
printf（stderr,"%d.%d-%d.%d:
divisionbyzero",
@3.first_line,@3.first_column,
@3.last_line,@3.last_column）;}}
|iexprMODULEiexpr
{$$=$1%$3;}
|iexprPOWERiexpr
{$$=pow（$1,$3）;}
|MINUSiexpr%precUNARYMINUS
{$$=-$2;}
|LPiexprRP
{$$=$2;}
|LPiexprerror
{$$=$2;yyerror（"missing'）'"）;yyerrok;}
|PLUSiexpr%precUNARYMINUS
{$$=$2;};
rexpr:
REAL
{$$=$1;}
|rexprPLUSrexpr
{$$=$1+$3;}
|rexprMINUSrexpr
{$$=$1-$3;}
|rexprTIMESrexpr
{$$=$1*$3;}
|rexprDIVIDErexpr
{if（$3）$$=$1/$3;
else
{$$=$1;
printf（stderr,"%d.%d-%d.%d:
divisionbyzero",
@3.first_line,@3.first_column,
@3.last_line,@3.last_column）;}}
|rexprPOWERrexpr
{$$=pow（$1,$3）;}
|LPrexprRP
{$$=$2;}
|LPrexprerror
{$$=$2;yyerror（"missing'）'"）;yyerrok;}
|MINUSrexpr%precUNARYMINUS
{$$=-$2;}
|PLUSrexpr%precUNARYMINUS
{$$=$2;}
|iexprPLUSrexpr
{$$=（double）$1+$3;}
|iexprMINUSrexpr
{$$=（double）$1-$3;}
|iexprTIMESrexpr
{$$=（double）$1*$3;}
|iexprDIVIDErexpr
{if（$3）$$=（double）$1/$3;
else
{$$=$1;
printf（stderr,"%d.%d-%d.%d:
divisionbyzero",
@3.first_line,@3.first_column,
@3.last_line,@3.last_column）;}}
|iexprPOWERrexpr
{$$=pow（（double）$1,$3）;}
|rexprPLUSiexpr
{$$=$1+（double）$3;}
|rexprMINUSiexpr
{$$=$1-（double）$3;}
|rexprTIMESiexpr
{$$=$1*（double）$3;}
|rexprDIVIDEiexpr
{if（$3）
$$=$1/（double）$3;
else
{$$=$1;
printf（stderr,"%d.%d-%d.%d:
divisionbyzero",
@3.first_line,@3.first_column,
@3.last_line,@3.last_column）;}}
|rexprPOWERiexpr
{$$=pow（$1,（double）$3）;};
%%
voidmain（）
{
yyparse（）;}
intyyerror（char*msg）
{printf（"Error:
%sencountered\n",msg）;}
3.5实验结果
实验结果截图：
4（操作系统实验）lib0：
熟悉实验环境
4.1实验目的
1）了解操作系统开发实验环境
2）熟悉命令行方式的编译、调试工程
3）掌握基于硬件模拟器的调试技术
4）熟悉C语言编程和指针的概念
5）了解X86汇编语言
4.2实验环境搭建
1）在线实验--基于"实验楼"在线平台
2）Windows下基于MingW进行实验
3）Windows下基于VirtualBoxorVMWare进行实验
4）在MACOS下进行实验
5）手动在物理PC中安装环境
4.3GCC编译练习
采用实验环境：
在线实验--基于"实验楼"在线平台
gcc示例：
#include
intmain（void）
{
printf（"hello!
\n"）;
return0;
}
在实验环境中右键->从模板创建->空文件，将上述示例代码输入
1）保存为hello.c
打开命令行，输入以下命令：
2）编译：
gcc-Wallhello.c-ohello
3）执行：
./hello
操作及结果截图：
4.4GDB调试练习
1）输入命令:
gcc-ohellohello.c–g进行编译
2）输入命令：
gdb进入调试
3）依次输入以下命令熟悉gdb调试
filehello：
进入hello文件
run：
运行hello
break1：
在第一行插入断点
next：
单步执行下一行语句
clear1：
清除第一行的断点
list：
显示hello文件的内容
quit：
退出gdb调试
对应命令执行结果截图：
GDB的其它调试命令补充：
next：
单步到程序源代码的下一行，不进入函数。
nexti：
单步一条机器指令，不进入函数。
step：
单步到下一个不同的源代码行（包括进入函数）。
stepi：
单步一条机器指令
他们功能各不相同，区别在于单步的“跨度”上。
5（操作系统实验）lib1：
启动操作系统
5.1实验目的
操作系统是一个软件，也需要通过某种机制加载并运行它。
在这里我们将通过另外一个更加简单的软件-bootloader来完成这些工作。
为此，我们需要完成一个能够切换到x86的保护模式并显示字符的bootloader，为启动操作系统ucore做准备。
lab1提供了一个非常小的bootloader和ucoreOS，整个bootloader执行代码小于512个字节，这样才能放到硬盘的主引导扇区中。
通过分析和实现这个bootloader和ucoreOS，读者可以了解到：
1）计算机原理
CPU的编址与寻址:
基于分段机制的内存管理
CPU的中断机制
外设：
串口/并口/CGA，时钟，硬盘
2）Bootloader软件
编译运行bootloader的过程
调试bootloader的方法
PC启动bootloader的过程
ELF执行文件的格式和加载
外设访问：
读硬盘，在CGA上显示字符串
3）ucoreOS软件
编译运行ucoreOS的过程
ucoreOS的启动过程
调试ucoreOS的方法
函数调用关系：
在汇编级了解函数调用栈的结构和处理过程
中断管理：
与软件相关的中断处理
外设管理：
时钟
5.2实验内容
lab1中包含一个bootloader和一个OS。
这
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