實驗1 實驗系統的安裝和配置

一、實驗目的

1.了解虛擬機軟件的下載安裝過程。

2.學會在虛擬機中安裝和配置Linux系統。

3.學會在Linux系統中配置程序開發和調試環境。

二、實驗要求

1.在自己的計算機中創建和配置實驗所用的虛擬機（如VirtualBox或VMware）。

2.在創建的虛擬機上安裝和配置實驗所用的Linux系統（如Ubuntu或Debian）。

3.在Linux系統中配置實驗所需的程序開發和調試環境。

三、實驗準備

準備一個臺式計算機或筆記本計算機，安裝有支持虛擬機軟件的任何系統平臺，如IA-32/x86-64+Windows、Mac OS X等。

虛擬機軟件可以在計算機系統平臺和終端用戶之間建立一種環境，終端用戶基于虛擬機軟件所建立的環境來操作計算機。本書設計的實驗需要基于IA-32/x86-64+Linux平臺開展，可以在IA-32/x86-64+Windows或Mac OS X等不同系統平臺的計算機上安裝虛擬機軟件，并安裝Linux操作系統平臺。安裝了虛擬機軟件的物理計算機稱為主機（host），主機上的操作系統稱為主機操作系統（host OS），如Windows操作系統，運行在虛擬機軟件上的操作系統稱為客戶機操作系統（guest OS），如Linux操作系統。

四、實驗步驟

實驗系統的安裝和配置主要包括三個任務：下載虛擬機軟件并安裝虛擬機、下載和安裝Linux操作系統、在Linux操作系統中配置程序開發和調試環境。

常見的虛擬機軟件有VirtualBox和VMware等，在虛擬機上可安裝Ubuntu或Debian等Linux操作系統，以下對實驗的描述主要基于VirtualBox虛擬機軟件。當然也可以使用其他虛擬機軟件作為實驗環境，其安裝和使用與本書給出的VirtualBox類似，具體內容可自行參閱相關軟件的說明文檔。

安裝的Linux系統可以是Debian（32位）或Ubuntu（64位）等。如果僅針對IA-32架構開展實驗，則建議選擇Debian（32位）版本，如果實驗需要在IA-32和x86-64兩種架構上開展，則適合選用Ubuntu（64位）版本。本書第一部分的基礎級驗證性實驗中第1章至第5章的實驗4和第二部分的模塊級分析性實驗都基于IA-32+Linux平臺進行，只有第5章的實驗5（可選實驗）是基于x86-64+Linux平臺進行的。

Debian（32位）和Ubuntu（64位）的虛擬機安裝可分別參考下文相關說明（由于主機環境和所安裝Linux版本的不同，步驟可能與書中說明有些差異）。

1.安裝VirtualBox虛擬機

首先，打開VirtualBox官方網站https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads，出現如圖1.1所示的頁面。然后，根據實際所用的主機操作系統類型，在網頁中選擇并單擊相應的VirtualBox版本安裝包，從而下載VirtualBox虛擬機軟件并把它安裝到主機上。在下載并安裝VirtualBox platform packages后，可以再下載并安裝VirtualBox Extension Pack，以更好地與主機操作系統集成。

VirtualBox下載完成后，雙擊安裝包，在安裝過程中跳出的任何警告和彈窗中都選擇“下一步”“是”或“安裝”選項，在該過程中可以設置VirtualBox安裝的盤符和路徑，最后完成安裝。

2.安裝Debian（32位）版本

（1）下載Debian（32位）Linux安裝的ISO文件

從Debian官方網站（https://www.debian.org/CD/http-ftp/）下載穩定版Debian 32位（i386）Linux安裝ISO文件。CD和DVD兩種ISO版本均可，例如，在CD或DVD欄目下單擊“i386”，在打開的新頁面中，DVD版可單擊鏈接debian-12.4.0-i386-DVD-1.iso下載，CD版可單擊鏈接debian-12.4.0-i386-netinst.iso下載。推薦選用DVD ISO安裝，DVD版包含更全面的軟件包，以及更好的桌面環境、驅動程序和工具，雖然下載時文件大，但可減少在安裝過程中下載額外軟件的時間，安裝過程比CD版快。在隨后的安裝說明中，使用DVD版的debian-12.4.0-i386-DVD-1.iso版本，不同版本Debian Linux的安裝過程大同小異。

（2）在VirtualBox上安裝Debian操作系統

運行VirtualBox軟件，出現如圖1.2所示的VirtualBox管理器主界面。在其中單擊“新建”按鈕（或“控制”→“新建”菜單項），出現如圖1.3所示的“虛擬電腦名稱與操作系統”對話框。

在圖1.3所示的對話框中，“名稱”可填寫為“Linux32”；“文件夾”設置為安裝Linux32虛擬機的路徑；單擊“虛擬光盤（I）：”右側的按鈕，在下拉菜單中選擇“其他”，打開文件管理器對話框，選擇“debian-12.4.0-i386-DVD-1.iso”文件。此時，“版本（E）”“類型（T）”和“版本（V）”變為灰色，即不可設置狀態。單擊“下一步”按鈕，打開如圖1.4所示的“自動安裝”對話框。

在圖1.4所示的對話框中，只需填寫用戶名和密碼，右側的主機名和域名不需要更改，單擊“下一步”按鈕，打開如圖1.5所示的“硬件”對話框。

在圖1.5所示的對話框中，內存大小和處理器個數都可以使用默認選項，直接單擊“下一步”按鈕，打開如圖1.6所示的“虛擬硬盤”對話框。

在圖1.6所示的對話框中，選擇默認的“現在創建虛擬硬盤”和20GB即可滿足實驗需求，單擊“下一步”按鈕后，出現如圖1.7所示的“摘要”對話框。

在圖1.7所示的對話框中，單擊“完成”按鈕，開始Debian的自動安裝過程，安裝中顯示安裝進度，如圖1.8所示。

安裝結束后，會顯示用戶名并要求輸入密碼。輸入密碼后出現一些對話框，主要用于選擇語言、鍵盤類型等，可通過單擊右上角的“next”按鈕使用默認選項設置，最后出現圖1.9所示的界面，表示整個安裝過程結束。

在圖1.9所示的界面中，單擊“Start Using Debian GNU/Linux”按鈕，以啟動Debian系統，啟動后的主界面如圖1.10所示。

（3）為Debian虛擬機配置程序開發和調試環境

本部分主要包括以下三個步驟。

1）調整Debian系統的分辨率。

Debian系統默認的分辨率為800×600、顯示比例為4∶3。這種顯示模式下，全屏顯示Debian窗口時字體比較模糊，可通過以下方法提高分辨率并調整顯示比例。在圖1.10所示的Debian主界面中單擊鼠標右鍵，出現一個快捷菜單，選擇其中的“Display Settings”按鈕，打開如圖1.11所示的顯示設置對話框。

在如圖1.11所示的對話框中，單擊“Resolution”右側的黑三角，在下拉菜單中根據顯示縱橫比選擇合適的分辨率，例如，選擇“1440×900(16∶10)”選項，然后，單擊右上角的“Apply”按鈕，再單擊“Keep Changes”以關閉設置對話框，回到圖1.10所示的Debian啟動界面。

2）修改Debian的鏡像源。

DVD版的ISO文件包含了多數常用工具軟件，但不包含Vim、gdb等程序編輯和調試開發工具。Debian包含的工具軟件的下載地址在國外，在國內訪問Debian網站存在網絡速度問題，甚至有可能連不上Debian服務器。為此，通常在國內設置多個站點用于存放Debian工具軟件的副本，這些網站稱為鏡像源。圖1.12所示為中國科技大學的鏡像源地址。

DVD版的ISO文件中默認的鏡像源是ISO文件，安裝gdb等工具軟件時不能讀取ISO文件，需要從國內的鏡像源獲取。因此，需要修改Debian下載的鏡像源。

Debian 12把軟件源配置在文件/etc/apt/sources.list中。若熟悉vi等文本編輯器命令，可直接修改該文件，如使用“vi /etc/apt/sources.list”命令，通過編輯/etc/apt/sources.list文件來增加圖1.12中的鏡像源。也可通過Debian提供的對話框輸入鏡像源地址，下面說明具體的操作步驟。

首先，單擊圖1.10所示的Debian主界面左上角的“Activities”，在主界面底部出現若干圖標，如圖1.13所示。

單擊圖1.13中方框內的文件夾（也稱目錄）圖標，打開Debian文件管理器窗口，在其中單擊“Other Locations”，該窗口內右側出現如圖1.14所示的相關選項。

在如圖1.14所示的窗口中單擊“Debian GNU/Linux”后，窗口中顯示Debian系統根目錄下所包含的目錄和文件圖標。然后進入/etc/apt/目錄，窗口中顯示該目錄下所包含的目錄和文件圖標，雙擊“sources.list”文件圖標，打開如圖1.15所示的“Software&Updates”對話框。在該對話框中選擇“Other Software”選項，取消以“cdrom:”開始的原ISO文件鏡像源的打鉤狀態，并單擊“Add...”按鈕以打開如圖1.16所示的“software-properties-gtk”對話框。

在圖1.16所示界面的文本框中輸入圖1.12中列出的鏡像源地址并單擊“Add Source”按鈕，使輸入的鏡像源地址依次添加到sources.list中。sources.list中完整的鏡像源地址如圖1.17所示，其中打鉤的為添加并選中的鏡像源地址。

在圖1.17所示的界面中，單擊“Close”按鈕，在打開的如圖1.18所示的對話框中單擊“Reload”按鈕，可更新或加載新的鏡像源。

3）安裝文本編輯工具和調試工具軟件。

安裝Debian時會自動安裝GCC和objdump工具，因此可直接使用這些工具軟件。但文本編輯工具Vim和調試工具gdb等需要手動安裝，在打開的Debian系統終端（terminal）窗口中的shell命令行提示符下輸入如下命令：輸入“su”，切換到root系統管理員用戶，此時需要輸入密碼；輸入“apt-get install gdb”，安裝gdb工具軟件；輸入“apt-get install vim”，安裝Vim工具軟件。在后面兩個命令的交互過程中需要回答“y”。

3.安裝Ubuntu（64位）版本

（1）下載Ubuntu（64位）Linux安裝的ISO文件

從Ubuntu官方下載頁面（https://cn.ubuntu.com/download）下載Ubuntu桌面版，下載的Ubuntu桌面版都是64位Linux安裝的ISO文件。Ubuntu桌面版本有很多，不一定需要安裝最新版本，選擇穩定版本即可。下面安裝的是ubuntu-22.04.4-desktop-amd64.iso。

（2）在VirtualBox上安裝Ubuntu（64位）操作系統

運行VirtualBox后出現如圖1.2所示的VirtualBox管理器主界面，單擊“新建”按鈕（或“控制”→“新建”菜單項），出現如圖1.19所示的“虛擬電腦名稱與操作系統”對話框。

在圖1.19所示的對話框中，“名稱”可填寫為“Ubuntu”；“文件夾”設置為安裝Ubuntu虛擬機的路徑；單擊“虛擬光盤（I）：”右側的按鈕，在下拉菜單中選擇“其他”，打開文件管理器對話框，選擇“ubuntu-22.04.3-desktop-amd64.iso”文件。此時，“版本（E）”“類型（T）”和“版本（V）”變為灰色，即不可設置狀態。單擊“下一步”按鈕，打開如圖1.20所示的“自動安裝”對話框。

在圖1.20所示的對話框中，只需填寫用戶名和密碼，右側的主機名和域名不需要更改，單擊“下一步”按鈕，打開如圖1.5所示的“硬件”對話框。后續兩步的安裝過程與安裝Debian（32位）版本時對于圖1.5和圖1.6的操作步驟相同，當在圖1.6所示的對話框中單擊“下一步”按鈕后，出現如圖1.21所示的“摘要”對話框。

在圖1.21所示的對話框中，單擊“完成”按鈕，開始Ubuntu的自動安裝過程，安裝中顯示安裝進度，如圖1.22所示。

安裝結束前，會顯示用戶名并要求輸入密碼，輸入密碼后出現一些對話框，可通過單擊右上角的“skip”“next”或“done”按鈕跳過或使用默認選項進行設置，最后出現如圖1.23所示的界面，表示整個安裝過程結束，并已啟動Ubuntu。

（3）為Ubuntu虛擬機配置程序開發和調試環境

本部分主要包括以下兩個步驟。

1）解決Terminal（終端）打不開的問題。

對于新安裝的Ubuntu，從應用列表中單擊Terminal（終端），左上角的任務欄中會出現Terminal，并且鼠標光標在轉圈，但是過一會兒左上角的Terminal就消失。Ubuntu中不能打開Terminal可能是系統語言設置的問題，Ubuntu自動安裝時設置的語言是English，需要將語言更改為Chinese。操作步驟如下。

在如圖1.23所示的主界面中，單擊左下角的應用列表按鈕，出現如圖1.24所示的界面。

單擊圖1.24中界面右側圖標列表中的“Settings”圖標，出現如圖1.25所示的“Settings”界面。在其中左側的“Settings”列表中滾動鼠標，選中“Region &Language”選項后，圖1.25所示界面的右側出現“Region&Language”選項界面。

在圖1.25所示的“Region & Language”選項界面中單擊“Language”，打開“Select Language”對話框，在其中選擇“Chinese”選項，此時，“Region&Language”選項界面改變為如圖1.26所示。

在圖1.26中單擊“Restart...”按鈕，彈出如圖1.27所示的log out對話框，單擊“Log Out”按鈕或者8秒鐘后自動執行log out操作。

log out操作后會要求輸入密碼。正確輸入密碼后，彈出如圖1.28所示的界面，可選擇“Update Names”按鈕，回到如圖1.23所示的Ubuntu主界面。此時可打開終端窗口。

2）安裝編譯工具軟件和文本編輯工具。

安裝Ubuntu時會自動安裝GCC、objdump和gdb工具，因此可直接使用這些工具軟件。但Ubuntu是64位版本，其GCC工具只能編譯出x86-64目標文件。為了在Ubuntu（64位）版本上支持IA-32目標代碼，需要安裝GCC工具包。在打開的Ubuntu系統終端窗口中的shell命令行提示符下輸入如下命令：輸入“su”，切換到root系統管理員用戶，此時需要輸入密碼；輸入“apt-get install gcc-multilib”命令，安裝GCC工具軟件包。安裝完成后，在64位的Ubuntu環境下可通過相應的編譯選項編譯生成IA-32目標代碼。

在終端窗口中的shell命令行提示符下輸入“apt-get install vim”命令，同樣可安裝Vi m文本編輯工具軟件。

五、實驗報告

本實驗報告中的主要內容包括但不限于以下幾個方面。

1.簡要描述在自己的機器中安裝和配置實驗系統的過程。要求明確說明自己的實驗系統中的主機操作系統、客戶機操作系統的類型和版本，安裝了哪些程序開發和調試工具，并給出關鍵步驟的截圖。

2.在安裝和配置實驗系統過程中遇到了哪些問題？這些問題最終是如何解決的？

3.基于在自己機器上安裝和配置實驗系統的過程，闡述你所理解的計算機系統層次結構，例如，虛擬機軟件相對于主機操作系統和客戶機操作系統各屬于哪個層次？所安裝的程序開發和調試工具軟件在虛擬機中屬于哪個層次？

4.回答以下問題。

（1）為何要先安裝虛擬機軟件再安裝客戶機操作系統？

（2）客戶機操作系統和其上的程序開發/調試工具軟件之間是什么關系？

（3）已知在上述Debian 12安裝中沒有加載Gedit文本編輯器，應該如何安裝Gedit？