哈工大操作系统之基础（Lab2 添加系统调用实验全过程+跳坑解析）

---

专栏博客链接

哈工大操作系统原理与实践 Lab全实验博客链接

---

前引

---

说真的 写到现在 我不知道已经重复了多少遍多少遍
重启环境 因为死机而重启的过程了
做这个Lab 我差不多整整花了一天多的时间 而且一直卡在一些奇奇怪怪的地方
啊 各种问题 下午本来终于快弄完了
结果环境卡住了 直接死机了
我去找客服 客服去找了研发人员 最后解决了问题 还给了我三天的vip使用时间
我真的麻了 各种小细节让我头疼
到最后我还是坚持下来了 好像在我写这个博客的时候好像我测试
testlab2.sh testlab2 一个是20% 一个是50% 就是一个超级长的string fail掉了
但是我也找到了原因 只是刚刚一不小心又把环境删除了
所以之后三天vip过期了 我还是重新冲个一个月会员吧

---

Phase总概括

---

这个实验目的 我们最后要达成什么目的 我们需要先搞清楚
我们需要设计一个小的应用程序 并且达到在内核中存放我们的字符串
最后在用户区读取内核区的我们的字符串 复制到 用户区并打印出来
这就是我们最终的目的
那我们可以一步一步来 慢慢来进行 分析

---

预先了解

---

实验内容

---

这个实验 我觉得很多地方坑真的很多
就是关于系统细节的一些地方 一定一定要注意
因为这些地方 我就是编译不了程序 或者 文件系统破坏此类的
真的很令人头疼 我还是一步一步慢慢来弄

我们根据实验册 他先提前把我们的要写的函数交代了出来

int iam(const char * name);
这个函数我们是 把目标输入字符串放到内核区域的

int whoami(char* name, unsigned int size);
这个函数我们是 需要把内核区的字符串放到用户区域的 并且printf出来

---

评分标准

---

最后我们需要 把 testlab2.c testlab2.sh
放到我们的虚拟机文件系统中 我们所编译完成的iam.c whoiam.c旁边
并且运行之后 这两个脚本就会自动通过一些phase来检测我们的函数正确性

---

实验提示

---

删除原来的文件指令
$ cd ~/oslab
$ sudo rm -rf ./

重新拷贝
$ cp -r /home/teacher/oslab/* ./

上面两步骤是为了 如果你的 虚拟机文件系统被破坏 或者你的一些文件确实得不到恢复 就干脆重新来过吧 删除所有文件 重新解压linux源码包

我这里再来回顾一下 应用程序怎么实现系统调用的

首先需要应用程序发出系统调用的请求 调用库函数

然后我们的库函数 把系统调用号放到eax寄存器中 通过中断进入内核态
中断也是分很多种中断的 但是linux只提供了我们intx 80
是唯一我们应用程序与系统调用的接口中断

进入内核态之后 中断处理函数通过我们在eax存放的调用号
通过我们的系统调用表 找到我们的相对应的系统调用函数

完成系统调用之后 返回值存入eax 返回中断处理函数

中断处理函数返回我们的API接口 把eax返回给应用程序

我理了一遍觉得还是很有必要的 对过程更清晰了

---

应用程序如何调用系统调用

---

这里我就不详细说了
因为我觉得实验册讲的已经够好了
但是还是需要花时间去看那些代码 是怎么一回事

稍微需要注意的地方我后面会说
接口函数需要写成像这个样子
_syscall1(int, iam, const char*, name);
_syscall2(int, whoami,char*,name,unsigned int,size);

---

预处理（正式开始实验）

---

解压压缩包

---

这里我们就正式开始实验了 对于上面老师的讲解部分
我就不多重复了 我们就按照我们的思路一部分一部分推进

我们首先先解压 这里我习惯把那个一大长串的名字的压缩包给重命名
方便我们解压 例如我们改成a.gz

cd oslab
tar -zxvf a.gz

即得到了我们的压缩包

---

增加系统调用号

---

首先我们要想一下 我们是需要先写一个系统调用的函数
之后我们再在 虚拟机linux中写一个应用小程序来调用
那我们先来写系统调用的函数

系统调用函数 首先是有系统调用表的 我们先去把系统调用表中调用号给 增加了
表项中的调用号是在一个是虚拟机中的 /usr/include/unistd.h 中
另一个就是在源码树 oslab/linux-0.11/include/unistd.h中

注意注意注意注意！这里两个都要改 都要改
我不知道为什么 我做实验的时候 只改了虚拟机中的
我的系统调用函数就是导入不进去 而且之后我再更改的时候也导入不进去
因为这里我浪费一下午的美好心情和一晚上的时间（还好rng msi夺冠了）

我们点进去 虚拟机的 依葫芦画瓢的给他加上

这里不会进入虚拟机的 需要重新去看我们的第一个 实验预先手册

安装虚拟机文件系统指令 sudo ./mount-hdc
卸载文件系统指令 sudo umount hdc
卸载主要不能 打开虚拟机会起冲突 文件系统会被破坏
这里还有一个地方需要注意

就是当你卸载或者打开虚拟机时 你当前的文件目录一定不要在
hdc目录中 不然的话 你再打开 你之前在的地方就会被破坏
切记切记
处理办法还是有的 就是需要你把你之前放在虚拟机中的iam.c whoami.c给放到其他没有被破坏的地方 重新敲一次代码 继续完成你的实验就ok了

---

再点源码树的

---

增加系统调用数

---

文件名 system_call.s
路径 oslab/linux-0.11/kernel/system_call.s

之前默认的系统调用数是 72 现在我们想有两个
sys_iam sys_whoami调用 就需要增加两个

---

函数调用表修改

---

文件名 sys.h
路径 include/linux/sys.h
依葫芦画瓢 增加说明最后两条

最后的指针表也需要加上这两个

---

修改MakeFile声明

---

这里就不详细解释了
因为我们需要把我们 最后想加入的系统调用文件和那些源文件一起编译链接到一起
那MakeFile是按照上面的指令和文件来执行的 我们就需要把MakeFile修改

怕自己打错的同学 去使用右边的剪切板功能 需要把你复制的东西
通过右边剪切板当过渡 保存后即可粘贴到环境

MakeFile 路径 linux-0.11/kernel/who.c

第一处原处

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

第一处修改后 末尾添加who.o

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

---

第二处原处

### 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

第二处修改后 第一排添加了 who.s who.o: who.c ../include/linux/kernel.h ../include/unistd.h

### 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

---

开始编写 系统调用代码

---

其实开始编写代码的时候
我们可以不用一来就把
真的我们需要的系统调用函数写进去
我们可以只用写两个这样子的函数进去试一下
但是我们在虚拟机中编写的函数就必须 变量的类型 个数要与这里保持一致
我们就可以试一下是否写入了系统中 然后看看是否调用成功嘛
但这里我就不重复这个过程了 因为之前修改 unistd.h没有两边都修改
导致我浪费了一晚上的时间 所以就不重复了

int sys_iam(int name)
{
    printk("lets go rng\n");//内核区 不再是printfreturn 0;
}int sys_whoami(int name)
{
    printk("lets go 3:2 rng:dk\n");return 0;
}

---

这里就写一下我的代码分析
具体的实现希望大家自己仔细看看实验册到最后
再看看调用 明白为什么这样写了再来

这部分代码可以不用急 可以把实验册慢慢看了来
或者把后面的实验步骤做了 再返回来写 也是ok的
可以做思路点拨吧
我再说一些地方 需要注意的 需要注意的是 这里是内核区了

#include <string.h> //memset 
#include <errno.h> //errno 实验册上面说要用//get_fs_byte put_fs_byte要用 这两个函数是穿越内核区和外核区数据访问关键
#include <asm/segment.h> char msg[24];//内核区保存我们的字符串的全局变量 int sys_iam(const char* name)
{
    int count = 0;errno = 0;//初始化char temp;memset(msg,'\0',sizeof(msg));//置0 while((temp = get_fs_byte(name+count)) != '\0'){
    if(count >= 23){
    errno = EINVAL;break;}//修改EINVAL状态msg[count++] = temp;}
//注意这里为什么return -(EINVAL) 呢
//因为linux 系统返回整数及0的时候意味着正常访问
//而返回负数表示错误访问 此时我们返回错误值是正的错误码加个符号
//他就会再进一步检测错误类型return (errno == EINVAL) ? -(EINVAL) : count;
}int sys_whoami(char* pos,unsigned int size)
{
    errno = 0;int len = strlen(msg),i;if(len > size){
    errno = EINVAL;return -(EINVAL);}for(i=0;i<len;++i)	put_fs_byte(msg[i],pos+i);return len;
}

最后我们把代码写到 linux-0.11\kernel中的一个新文件中
新文件名字叫 who.c即可

---

编译内核

---

做完以上的那些（可以暂时先不写完who.c 但要建立 可以尝试写几个弱智函数hhhh)

路径 /oslab/linux-0.11
指令make all
可以得到内核已经得到编译了 如果上面那些步骤都老老实实做了
并且注意事项该注意的也注意了 可以发现编译最后结果只有这几行
没有报错即编译成功

如果编译错误了也没有关系
自己多花点时间排一下错误
自己再重新输入命令make clean && make all
重新编译编译直到编译成功即可

---

编写应用程序

---

进入虚拟机文件系统

---

这个时候如果你没有卸载 hdc挂载程序的话
应该
oslab/hdc 是可以打开的 并且是这样的

---

我们刚开始在的位置 读入位置就是在 usr/root中
所以干脆我们把应用程序就在 usr/root中建立就好了

此时进入并且先建立

---

编写iam.c 和 whoami.c

---

这里如果你之前的who.c里面的调用程序是printk的话
你这里的程序就可以写一个很简单的
之后会讲运行执行的 不急

我这里还是直接写我的最终代码吧
做思路启发 里面含有注释 记得复制粘贴进去的时候
不要加注释 注释是没办法通过编译的

// iam.c的
#define __LIBRARY__ //必须加
#include <unistd.h> //必须加 __NR_iam 在里面72调用号_syscall1(int,iam,const char*,name);//声明iam函数 call后面的数表示有几个参数//argc是读入参数个数
//argv指针数组是 argv[0]是文件名字符串 之后的1 2 3就是你依次输入
//依次输入的字符串了 详情解析可以去百度或者csdn 搜一下
//因为我们运行的时候是需要把字符串读进去的
// ./iam lizhijun 相等于把后面的字符串作为参数给进去了 argv[1]表示的就是那个字符串的地址
int main(int argc,char* argv[])
{
    iam(argv[1]);return 0;
}

#define __LIBRARY__ //必须有
#include <unistd.h> //必须有
#include <stdio.h> //printf
#include <string.h> //memset_syscall2(int,whoami,char*,pos,unsigned int,size);//声明whoami函数int main(int argc,char* argv[])
{
    char tempstr[24];//用户区字符地址memset(tempstr,'\0',sizeof(tempstr));//初始化whoami(tempstr,24);//调用函数printf("%s\n",tempstr);//输出 此时位于用户层return 0;
}

---

---

测试文件复制 关闭文件系统

---

测试文件在/home/teacher中

我们只需要把testlab2.sh 和 testlab2给复制进来即可

---

关闭文件系统请注意 我们需要把当前文件目录从hdc中移开
就是随便指向到其他的目录都行 不然会破坏文件系统的 记得每次卸载都需要切换目录
sudo umount hdc 后 我们要进入虚拟机linux进行检验了

---

运行linux虚拟机 测试数据

---

路径 ./run 记得在运行前卸载挂载hdc文件系统
之后我们就需要编译程序了

这里我之后测试了一下 确实有一个This is very very long
这个Phase没过
我找了很久的问题 还是没找到 可能是因为一个或字符空间设置小了
导致字符没有读入的问题
但是百分之99的Phase都是通过了
如果大家想去看百分百过的代码 可以跳转

MOOC哈工大操作系统实验2：添加系统调用 博主： Zhao tianhao

现在也是晚上8：30了 我从开写博客到现在
6点开写 还没吃饭 我就最后再介绍介绍怎么运行 和 测试用例怎么用

gcc -o iam iam.c -Wall 是编译 -Wall是显示错误信息
同理 gcc -o whoami whoami.c -Wall 也是一样的

编译之后你就可以自己试试 ./iam rng ./whoami
看看是否能输出 rng

测试的话就是先编译testlab2.cgcc -o testlab2 testlab2.c 在运行
还有个testlab2.sh也是个测试用例

下面是我测试的结果
但是我也打算就这样结束这个Lab了
可能有的时候 不完美也是一种完美
这个Lab让我耗费一天多的时间
我认为还是非常有意义的
继续Keep going on
希望这个博客可以帮助到你做这个Lab 我也要去吃饭了
Good luck