HIT oslab之实验3 系统调用（sys_iam + sys_whoami）

小鱼儿 2022-11-06 08:53 29阅读 0赞

# 一、实验内容 #

1.在原有的Linux 0.11 上添加两个系统调用；

> 注意 : 实验2 是重写bootsect.s 和 setup.s;  
> 通过VMware快照功能，恢复到原有的Linux-0.11开始实验3。

(1)iam()

int iam(const char * name);

完成的功能：将字符串参数 name 的内容拷贝到内核中保存下来。  
要求：name 的长度不能超过 23 个字符。  
返回值：拷贝的字符数。如果 name 的字符个数超过了 23，则返回 “-1”，并置 errno 为 EINVAL（即：return -EINVAL）。

(2)whoami()

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

完成的功能：将内核中由 iam() 保存的名字拷贝到 name 指向的用户地址空间中，同时确保不会对 name 越界访存（name 的大小由 size 说明）。  
返回值：拷贝的字符数。如果 size 小于需要的空间，则返回“-1”，并置 errno 为 EINVAL。

2.编写两个简单的应用程序测试它们；

# 二、实验过程 #

## 1. 系统调用的整体逻辑 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

> 本实验采用，在用户程序中直接执行对应的系统调用。

(1)从用户级转到内核级的唯一方式：中断。  
![在这里插入图片描述][20210310113507446.png]

> 这是iam.c的部分代码截图，解释：  
> ①\_syscall1是宏函数，详细了解见《Linux-0.11内核完全注释》5.5和[参考资料][Link 1]；该函数主要实现2点：eax = 系统调用号 + int 0x80  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

(2)system\_call函数  
![在这里插入图片描述][20210310123358981.png]  
(3)系统调用函数：sys\_xxx

> 本次实验要编写2个系统调用函数，即①sys\_iam；②sys\_whoami; 见“二、2.”

## 2. 按照上述逻辑修改相应文件 ##

(1) 修改系统调用总数, 文件：**kernel/system\_call.s**  
![在这里插入图片描述][2021030916400137.png]![在这里插入图片描述][20210309163743442.png]  
(2)在系统调用函数表中增加系统调用条目，文件：**include/linux/sys.h**  
![在这里插入图片描述][2021030916394243.png]  
![在这里插入图片描述][20210309164937526.png]  
![在这里插入图片描述][20210310124638900.png]

> 千万别异想天开的放在最前面，不然之后添加\_NR\_xxxxxx会很麻烦，微笑脸。

(3)添加iam和whoami系统调用编号的宏定义(\_NR\_xxxxxx)，文件：**include/unistd.h**  
![在这里插入图片描述][20210309164526900.png]  
![在这里插入图片描述][20210309164816320.png]

> 系统调用函数在 sys\_call\_table 数组中的位置必须和 \_\_NR\_xxxxxx 的值对应上。上文提到的 eax 中放的是系统调用号，即 \_\_NR\_xxxxxx。

(4)验证上述修改是否成功，先简单实现sys\_iam和sys\_whoami，文件：**kernel/who.c**  
![在这里插入图片描述][20210310125000905.png]  
![在这里插入图片描述][20210310125256357.png]  
(5)修改Makefile 文件：**kernel/Makefile**  
![在这里插入图片描述][20210310125438581.png]  
![在这里插入图片描述][20210310125500374.png]  
![在这里插入图片描述][20210310125531116.png]

> 插播：之后调试会用到printk函数，它也是在kernel目录下，而且在Makefile中，有…/include/linux/kernel.h，所以可以使用printk函数。

![在这里插入图片描述][20210310125821254.png]  
(6)进入linux-0.11，编写应用程序进行测试  
①`vi /usr/include/unistd.h` 增加iam和whoami的宏定义  
![在这里插入图片描述][20210310130235650.png]  
![在这里插入图片描述][20210310130258851.png]

> 别忘了经常执行“sync”以确保内存缓冲区的数据写入磁盘,不然的话重新进入linux-0.11得重新增加宏定义。

②编写测试文件：test.c

#define __LIBRARY__   /* 必须定义这个宏 */
    #include <unistd.h>
    
    /* iam 和 whoami 系统调用的用户接口 */
    _syscall1(int, iam, const char*, name);
    _syscall2(int, whoami, char*, name, unsigned int, size);
    
    int main(void)
    {
        
        char buf[24];
        iam("test");
        whoami(buf, 24);
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
![在这里插入图片描述][20210310130559650.png]  
![在这里插入图片描述][20210310130625464.png]  
(7)总结：至此，说明成功添加系统调用了。

> [测试参考教程][Link 2]

## 2.实现sys\_iam和sys\_whoami ##

(1)代码

#include <string.h> //实现置 errno为EINVAL
    #include <errno.h> //调用了strcpy
    #include <asm/segment.h> //调用了get_fs_byte, put_fs_byte
    
    #definie maxSize 24
    char msg[maxSize]; //这样就可以在内核中保存下来，最后一位是'\0'
    
    int sys_iam(const char *name)
    {
        
    	char tmp[maxSize];
    	int i;
    	for(i = 0; i < maxSize; i++) {
        
    		tmp[i] = get_fs_byte(name + i);
    		//printk("%c\n", tmp[i]);
    		if(tmp[i] == '\0') break;  //'\0'表示字符串结束了
    	}
    	if(i == maxSize) {
        
    		//printk("too long!\n");
    		return -EINVAL;
    	}
    	else {
        
    		strcpy(msg, tmp);  //感觉在内核中调用C语言库会不太好
    		return i;
    	}
    }
    
    int sys_whoami(char *name, unsigned int size)
    {
        
    	int msg_size = 0;
    	while(msg[msg_size] != '\0') msg_size++;
    	//printk("msg_size : %d\n", msg_size);
    	//printk("msg : %s\n", msg);
    	if(size < msg_size) return -EINVAL;
    	else {
        
    		
    		int i;
    		//printk("size : %d\n", size);
    		for(i = 0; i < size; i++) {
        
    			//printk("ok\n");
    			//printk("name : %c\n", name[i]);
    			//printk("msg : %c\n", msg[i]);
    			put_fs_byte(msg[i], name + i);
    			if(msg[i] == '\0') break;
    		}
    		return i;
    	}
    }

> 适当地向屏幕输出一些程序运行状态的信息，也是一种很高效、便捷的调试方法，有时甚至是唯一的方法，被称为“printf 法”。  
> for(int i = 0; i < size; i++)这么写会报错，[解释][Link 3]

## 3.编写两个简单的应用程序进行测试 ##

(1)iam.c代码

#include <unistd.h>  //有它，编译器才能获知自定义的系统调用的编号
    
    #define __LIBRARY__  //有它，_syscalln才有效
    
    _syscall1(int,iam,const char*,name);
    
    int main(int argc, char **argv) {
        
    	iam(argv[1]);
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][20210310133733240.png]  
(2)whoami.c代码

#include <unistd.h>  //有它，编译器才能获知自定义的系统调用的编号
    #include <stdio.h>
    #define __LIBRARY__  //有它，_syscalln才有效
    
    _syscall2(int,whoami,char*,name,unsigned int,size);
    
    int main() {
        
    	char s[30];
    	whoami(s, 30);
    	printf("%s\n", s);
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

> 这里有些心酸的事儿：上古时代linux-0.11自带的vi编辑器和今天的语法规则不一样吧，或者是键盘的原因。总之，输入很不方便。由此导致了一些莫名其妙的问题，只能重新开始写，认认真真保证一次不错的敲好，才幸运的编译通过…或者，宏函数的参数不能"int, whoami"多了个空格，必须要"int,whoami"？

> 可以采用Ubuntu和Linux-0.11文件交换的方式，在oslab目录下，输入命令`sudo ./mount-hdc`

(3)验证  
![在这里插入图片描述][20210310112136346.png]

> 为了得到正确结果，对who.c调试的时候，也发生了莫名其妙的bug，增加了一些printk，其他也没改，又莫名其妙的好…玄学！总之，可算是看到上图的结果了。

# 三、其他 #

实验过程中的一些小积累。

1.对const char \*的理解。(以const char \* ptr为例子)  
ptr是指向字符串变量的指针，可以指向不同的字符串，但不能修改指向字符串的内容。  
![在这里插入图片描述][20210308210537428.png]

#include <cstdio>
    
    int main() {
        
        const char * ccptr;
        char * cptr;
        char name1[] = {
        "Hello World!"};
        char name2[] = {
        "World Hello!"};
        ccptr = name1; 
        cptr = name1; 
        
        //ccptr[0] = 'h';
        cptr[0] = 'h';
        printf("name1 : %s\n", ccptr);
        ccptr = name2;
        printf("name2 : %s\n", ccptr);
    
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][2021030821094394.png]

> 总结 : const char \* ptr;  
> ①不可以通过ptr\[i\]来改变指向的字符串；  
> ②但可以指向其他的字符串。

2.C语言级调试遇到的问题及解决办法  
在`oslab`目录下，通过以下命令进行C语言级调试：  
①`./dbg-asm`  
②`./rungdb`

> 新开一个终端窗口，进入oslab目录

（1）问题1：缺少**libncurses.so.5**  
![在这里插入图片描述][20210310092836591.png]  
**解决办法：**  
①`sudo add-apt-repository universe`  
②`sudo apt-get install libncurses5 libncurses5:i386`  
![在这里插入图片描述][20210310101714609.png]

> [参考资料][Link 4]

(2)问题2：缺少**libexpat.so.1**  
![在这里插入图片描述][20210310101738722.png]  
**解决办法：**  
![在这里插入图片描述][20210310101828642.png]  
![在这里插入图片描述][20210310101844784.png]

> 解决这个问题，兜了些圈子，不敢保证一定有效。  
> [参考资料][Link 5]

3.sys\_iam中，遇到一个疑惑，读取到的name，怎么保存到内核中，使得whoiam去读取。  
解决办法：用全局字符数组就行！  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

> 唉，傻到了啊

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221023/90be194713ff4c11bf88563d51d92647.png
[20210310113507446.png]: /images/20221023/6eaef939f92a491085fb9aa61a94dcf1.png
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/caesarxu/p/3251703.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221023/166ef77983ed4fd2bf582ac0b16ef5c1.png
[20210310123358981.png]: /images/20221023/9e586e6c5a344310a85cb7afd9fb76f3.png
[2021030916400137.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/2021030916400137.png
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[20210310124638900.png]: /images/20221023/28da9fafc71448e5aac613fe663971bf.png
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[20210310130559650.png]: /images/20221023/dfe5eb084b3844e59ce9e8f351f51f8d.png
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[Link 2]: https://github.com/iLoveTangY/hit-oslab/blob/master/lab_3.md
[Link 3]: https://blog.csdn.net/xinguimeng/article/details/50716442
[20210310133733240.png]: /images/20221023/2cbee05ef74c44558b9a222e480a6d5c.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221023/2b98e95eb2164cdaa445e1f5ab0409d3.png
[20210310112136346.png]: /images/20221023/abefef4814e34f1c8f37e78fd16615de.png
[20210308210537428.png]: /images/20221023/ed6cd4f8c18a41ee80b33daa0e514865.png
[2021030821094394.png]: /images/20221023/8532e52aa7064b5db9f00a07413751de.png
[20210310092836591.png]: /images/20221023/6cd545f13217483391ae17e73766a468.png
[20210310101714609.png]: /images/20221023/7ddd2792db1d46cb8228d988351ceb04.png
[Link 4]: https://askubuntu.com/questions/1252062/how-to-install-libncurses-so-5-in-ubuntu-20-04
[20210310101738722.png]: /images/20221023/7e5e393ee85b4dbe982f294be25dbc94.png
[20210310101828642.png]: /images/20221023/f30edeec809944b0b15dc75940267950.png
[20210310101844784.png]: /images/20221023/852374efa3af450dafbbbf22079e782d.png
[Link 5]: https://askubuntu.com/questions/753234/installing-libexpat0-instead-of-libexpat1
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzQ3NzAwOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221023/b34003fa1d424a27b5acc9dcb264ea3f.png