哈工大操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(二)系統(tǒng)調(diào)用

(一)了解應(yīng)用程序如何調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用

在通常情況下，調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用和調(diào)用一個(gè)普通的自定義函數(shù)在代碼上并沒(méi)有什么區(qū)別，但調(diào)用后發(fā)生的事情有很大不同。調(diào)用自定義函數(shù)是通過(guò)call指令直接跳轉(zhuǎn)到該函數(shù)的地址，繼續(xù)運(yùn)行。而調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，是調(diào)用系統(tǒng)庫(kù)中為該系統(tǒng)調(diào)用編寫(xiě)的一個(gè)接口函數(shù)，叫API（Application Programming Interface）（它對(duì)應(yīng)一個(gè)宏_syscallx，在unistd.h中）。API并不能完成系統(tǒng)調(diào)用的真正功能，它要做的是去調(diào)用真正的系統(tǒng)調(diào)用，過(guò)程是：

  • 把系統(tǒng)調(diào)用的編號(hào)存入EAX
  • 把函數(shù)參數(shù)存入其它通用寄存器
  • 觸發(fā)0x80號(hào)中斷（int 0x80）
  • 接下來(lái)就是內(nèi)核的中斷處理了，自動(dòng)調(diào)用函數(shù)system_call（在kernel/system_call.s中），到sys_call_table找到系統(tǒng)調(diào)用號(hào)對(duì)用的系統(tǒng)調(diào)用sys_xxx，執(zhí)行它。

  1. 閱讀文件lib/close.c、fs/open.c、kernel/system_call.s、include/unistd.h、include/linux/sys.h，找出系統(tǒng)調(diào)用close與這些文件之間的關(guān)系，清晰close系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程；

  2. 參照系統(tǒng)調(diào)用close，在上面一系列文件中添加或修改系統(tǒng)調(diào)用iam和whoami相關(guān)的內(nèi)容（系統(tǒng)調(diào)用號(hào)、系統(tǒng)調(diào)用表、系統(tǒng)調(diào)用總數(shù)等）；

  3. 創(chuàng)建who.c文件，在其中分別編寫(xiě)包含具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的sys_iam()和sys_whoami()函數(shù)；

  4. 修改Makefile，以便在執(zhí)行make命令時(shí)可以編譯who.c文件；

  5. 編譯linux內(nèi)核，運(yùn)行bochs;

  6. 編寫(xiě)測(cè)試程序iam.c和whoiam.c；

此次實(shí)驗(yàn)需要修改unistd.h sys.h system_call.s makefile，并編寫(xiě)who.c iam.c whoami.c

（1）修改linux-0.11/include/linux/sys.h

根據(jù)Linux調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程，需要把 iam()與whoami()兩個(gè)函數(shù)加到全局變量，和中斷函數(shù)表中就可以了，中斷被調(diào)用的時(shí)候，先查找中斷向量表，找到相應(yīng)的函數(shù)名，調(diào)用其函數(shù)。

分別添加聲明到最下面和數(shù)組中

extern int sys_setup();
extern int sys_exit();
extern int sys_fork();
extern int sys_read();
extern int sys_write();
extern int sys_open();
extern int sys_close();
extern int sys_waitpid();
extern int sys_creat();
extern int sys_link();
extern int sys_unlink();
extern int sys_execve();
extern int sys_chdir();
extern int sys_time();
extern int sys_mknod();
extern int sys_chmod();
extern int sys_chown();
extern int sys_break();
extern int sys_stat();
extern int sys_lseek();
extern int sys_getpid();
extern int sys_mount();
extern int sys_umount();
extern int sys_setuid();
extern int sys_getuid();
extern int sys_stime();
extern int sys_ptrace();
extern int sys_alarm();
extern int sys_fstat();
extern int sys_pause();
extern int sys_utime();
extern int sys_stty();
extern int sys_gtty();
extern int sys_access();
extern int sys_nice();
extern int sys_ftime();
extern int sys_sync();
extern int sys_kill();
extern int sys_rename();
extern int sys_mkdir();
extern int sys_rmdir();
extern int sys_dup();
extern int sys_pipe();
extern int sys_times();
extern int sys_prof();
extern int sys_brk();
extern int sys_setgid();
extern int sys_getgid();
extern int sys_signal();
extern int sys_geteuid();
extern int sys_getegid();
extern int sys_acct();
extern int sys_phys();
extern int sys_lock();
extern int sys_ioctl();
extern int sys_fcntl();
extern int sys_mpx();
extern int sys_setpgid();
extern int sys_ulimit();
extern int sys_uname();
extern int sys_umask();
extern int sys_chroot();
extern int sys_ustat();
extern int sys_dup2();
extern int sys_getppid();
extern int sys_getpgrp();
extern int sys_setsid();
extern int sys_sigaction();
extern int sys_sgetmask();
extern int sys_ssetmask();
extern int sys_setreuid();
extern int sys_setregid();

extern int sys_iam();//需要新增的地方
extern int sys_whoami();

fn_ptr sys_call_table[] = { sys_setup, sys_exit, sys_fork, sys_read,
sys_write, sys_open, sys_close, sys_waitpid, sys_creat, sys_link,
sys_unlink, sys_execve, sys_chdir, sys_time, sys_mknod, sys_chmod,
sys_chown, sys_break, sys_stat, sys_lseek, sys_getpid, sys_mount,
sys_umount, sys_setuid, sys_getuid, sys_stime, sys_ptrace, sys_alarm,
sys_fstat, sys_pause, sys_utime, sys_stty, sys_gtty, sys_access,
sys_nice, sys_ftime, sys_sync, sys_kill, sys_rename, sys_mkdir,
sys_rmdir, sys_dup, sys_pipe, sys_times, sys_prof, sys_brk, sys_setgid,
sys_getgid, sys_signal, sys_geteuid, sys_getegid, sys_acct, sys_phys,
sys_lock, sys_ioctl, sys_fcntl, sys_mpx, sys_setpgid, sys_ulimit,
sys_uname, sys_umask, sys_chroot, sys_ustat, sys_dup2, sys_getppid,
sys_getpgrp, sys_setsid, sys_sigaction, sys_sgetmask, sys_ssetmask,
sys_setreuid,sys_setregid, sys_iam, sys_whoami };//記得在中斷向量表的最后填上系統(tǒng)調(diào)用

(2) 修改系統(tǒng)調(diào)用數(shù):

system_call.s 在 linux-0.11/kernel 中
需要把nr_system_calls 由72改為 74 表示了中斷函數(shù)的個(gè)數(shù)。

sa_handler = 0
sa_mask = 4
sa_flags = 8
sa_restorer = 12

nr_system_calls = 74

(3)新增系統(tǒng)調(diào)用 號(hào):
unistd.h 不能直接在oslab直接直接修改，
而需要在虛擬機(jī)中修改，
在oslab中有一個(gè)mount-hdc腳本
運(yùn)行sudo ./mount-hdc 可以把虛擬機(jī)硬盤(pán)掛載在oslab/hdc 目錄下。
(這個(gè)也可以實(shí)現(xiàn)文件共享)
在hdc/usr/include 目錄下修改unistd.h
卡在這兩天的路過(guò).

#define __NR_setup    0   /* used only by init, to get system going */
#define __NR_exit    1
#define __NR_fork    2
#define __NR_read    3
#define __NR_write    4
#define __NR_open    5
#define __NR_close    6
#define __NR_waitpid    7
#define __NR_creat    8
#define __NR_link    9
#define __NR_unlink    10
#define __NR_execve    11
#define __NR_chdir    12
#define __NR_time    13
#define __NR_mknod    14
#define __NR_chmod    15
#define __NR_chown    16
#define __NR_break    17
#define __NR_stat    18
#define __NR_lseek    19
#define __NR_getpid    20
#define __NR_mount    21
#define __NR_umount    22
#define __NR_setuid    23
#define __NR_getuid    24
#define __NR_stime    25
#define __NR_ptrace    26
#define __NR_alarm    27
#define __NR_fstat    28
#define __NR_pause    29
#define __NR_utime    30
#define __NR_stty    31
#define __NR_gtty    32
#define __NR_access    33
#define __NR_nice    34
#define __NR_ftime    35
#define __NR_sync    36
#define __NR_kill    37
#define __NR_rename    38
#define __NR_mkdir    39
#define __NR_rmdir    40
#define __NR_dup    41
#define __NR_pipe    42
#define __NR_times    43
#define __NR_prof    44
#define __NR_brk    45
#define __NR_setgid    46
#define __NR_getgid    47
#define __NR_signal    48
#define __NR_geteuid    49
#define __NR_getegid    50
#define __NR_acct    51
#define __NR_phys    52
#define __NR_lock    53
#define __NR_ioctl    54
#define __NR_fcntl    55
#define __NR_mpx    56
#define __NR_setpgid    57
#define __NR_ulimit    58
#define __NR_uname    59
#define __NR_umask    60
#define __NR_chroot    61
#define __NR_ustat    62
#define __NR_dup2    63
#define __NR_getppid    64
#define __NR_getpgrp    65
#define __NR_setsid    66
#define __NR_sigaction    67
#define __NR_sgetmask    68
#define __NR_ssetmask    69
#define __NR_setreuid    70
#define __NR_setregid    71   /*Linux system_call total 72*/
#define __NR_iam    72     /*new system_call 72 and 73*/
#define __NR_whoami    73

(4)新增who.c文件,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù):

將完成的who.c文件放入linux-0.01/kernel 目錄下

#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <asm/segment.h>

char msg[24];

int sys_iam(const char * name)
{
    char tep[26];
    int i = 0;
    for(; i < 26; i++)
    {
        tep[i] = get_fs_byte(name+i);
        if(tep[i] == '\0')  break;
    }

    if (i > 23) return -(EINVAL);

    strcpy(msg, tep);
    return i;
}

int sys_whoami(char * name, unsigned int size)
{
    int len = 0;
    for (;msg[len] != '\0'; len++);
    
    if (len > size) 
    {
        return -(EINVAL);
    }
    
    int i = 0;
    for(i = 0; i < size; i++)
    {
        put_fs_byte(msg[i], name+i);
        if(msg[i] == '\0') break;
    }
    return i;
}

(5) 修改Makefile 文件

讓我們添加的kernel/who.c可以和其它Linux代碼編譯鏈接到一起，必須要修改Makefile文件
Makefile在代碼樹(shù)中有很多，分別負(fù)責(zé)不同模塊的編譯工作。我們要修改的是kernel/Makefile。

OBJS  = sched.o system_call.o traps.o asm.o fork.o \
        panic.o printk.o vsprintf.o sys.o exit.o \
        signal.o mktime.o
改為：
OBJS  = sched.o system_call.o traps.o asm.o fork.o \
        panic.o printk.o vsprintf.o sys.o exit.o \
        signal.o mktime.o who.o
另一處：
### Dependencies:
exit.s exit.o: exit.c ../include/errno.h ../include/signal.h \
  ../include/sys/types.h ../include/sys/wait.h ../include/linux/sched.h \
  ../include/linux/head.h ../include/linux/fs.h ../include/linux/mm.h \
  ../include/linux/kernel.h ../include/linux/tty.h ../include/termios.h \
  ../include/asm/segment.h
改為：
### Dependencies:
who.s who.o: who.c ../include/linux/kernel.h ../include/unistd.h
exit.s exit.o: exit.c ../include/errno.h ../include/signal.h \
  ../include/sys/types.h ../include/sys/wait.h ../include/linux/sched.h \
  ../include/linux/head.h ../include/linux/fs.h ../include/linux/mm.h \
  ../include/linux/kernel.h ../include/linux/tty.h ../include/termios.h \
  ../include/asm/segment.h

Makefile修改后，和往常一樣“make all”就能自動(dòng)把who.c加入到內(nèi)核中了

make all 
編譯系統(tǒng)

(6) 新增iam.c 跟whoami.c文件以測(cè)試是否添加系統(tǒng)調(diào)用成功:
iam.c

#define __LIBRARY__
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
_syscall1(int,iam,const char*,name)

int main(int argc,char* argv[])
{
    iam(argv[1]);
    return 0;
}

whoami.c

#define __LIBRARY__
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>

_syscall2(int, whoami, char*, name, unsigned int, size);

int main(int argc, char ** argv)
{
    char t[30];
    whoami(t, 30);
    printf("%s\n", t);
    return 0;
}

注:這兩個(gè)C文件是需要在 你修改過(guò)的linux 0.11版本上編譯的,如果嫌在 0.11 里面用vi 寫(xiě)代碼太煩,可以在虛擬機(jī)中寫(xiě)好, 在oslab中運(yùn)行

sudo ./mount-hdc

可以把虛擬機(jī)硬盤(pán)掛載在oslab/hdc 目錄下。
然后再將文件復(fù)制到 oslab/hdc/user/root/下
/user/root/ 就是你的linux 0.11 開(kāi)機(jī)后所在目錄
好了, 寫(xiě)完了,運(yùn)行run

cd /home/fgx/oslab
./run

運(yùn)行系統(tǒng)
(7)編譯 iam.c 跟 whoami.c

gcc -o iam iam.c 
gcc -o whoami whoami.c

運(yùn)行一波,驚喜來(lái)啦~


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