实验内容
在Linux 0.11上添加两个系统调用，并编写两个简单的应用程序测试它们。
iam()
第一个系统调用是iam()，其原型为：
int iam(const char * name);
完成的功能是将字符串参数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。返回值是拷贝的字符数。如果name的字符个数超过了23，则返回“-1”，并置errno为EINVAL。
在kernal/who.c中实现此系统调用。
whoami()
第二个系统调用是whoami()，其原型为：
int whoami(char* name, unsigned int size);
它将内核中由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）。返回值是拷贝的字符数。如果size小于需要的空间，则返回“-1”，并置errno为EINVAL。
也是在kernal/who.c中实现。
实验步骤
代码的修改和补充
include/linux/sys.h:
添加声明：
extern int sys_iam();
extern int sys_whoam();
在sys_call_table数组的最后增加两个元素：
..., sys_iam, sys_whoami}
include/unistd.h:
定义调用号宏：
#define __NR_iam 72 #define __NR_whoami 73
声明供用户调用的函数：
int iam(const char *name);
int whoami(char *name, unsigned int size);
kernel/system_call.s:
修改调用个数（从72改为74，调用号从0开始计数）：
nr_system_calls = 74
+kernel/who.c:
添加此文件，实现系统调用：
#define __LIBRARY__
#include
#include
#include
#define MAX_SIZE 23
char username[MAX_SIZE+1];
int sys_iam(const char *name)
{
int i; for(i=0; get_fs_byte(name+i)!='\0'; i++); // 注解1：get_fs_byte() printk("sys_iam:\n\t name size is:%d \n", i); if(i>MAX_SIZE) return -EINVAL; for(i=0; (username[i]=get_fs_byte(name+i))!='\0'; i++); return i; } int sys_whoami(char *name, unsigned int size) { int i; for(i=0; put_fs_byte(username[i], name+i), username[i]!='\0'; i++); printk("sys_whoami:\n\t username size is:%d \n\t given size is:%d\n", i, size); if(i>size) return -EINVAL; return i; }
注解1：
// 由于sys_iam()的参数name指针来自用户空间，sys_iam()运行处于内核态，默认使用的是ds、es段寄存器， // 注解1.1：发生系统调用时段寄存器的设置
// 要取得用户空间的数据需要临时改变为fs段寄存器（用于用户空间）
// segment.h中的get_fs_byte()
static inline unsigned char get_fs_byte(const char * addr)
{
unsigned register char _v;
__asm__ ("movb %%fs:%1,%0":"=r" (_v):"m" (*addr)); # => movb *fs:addr, _v 将用户空间addr处的数据存入_v寄存器
return _v;
}
注解1.1：
system_call:
cmpl $nr_system_calls-1,%eax # 系统调用时会将调用号存入eax，将其与最大的系统调用号进行比较
ja bad_sys_call # 如果超过，则跳转到bad_sys_call（将-1存入eax并返回）
push %ds # 压栈
push %es
push %fs pushl %edx # 系统调用通过这3个寄存器传参，压栈作为参数 pushl %ecx pushl %ebx movl $0x10,%edx # 这3行将ds、es设置为内核口空间段地址0x10 mov %dx,%ds mov %dx,%es movl $0x17,%edx # 这2行将fs设置为用户空间段地址0x17 mov %dx,%fs call sys_call_table(,%eax,4) # 调用sys_call_table+eax*4处的函数
# sys_call_table是include/linux/sys.h中的函数入口数组，
# 它的类型是fn_ptr，定义在include/linux/sched.h中，
# typedef int (*fn_ptr)(); 实际是将一个int类型定义为函数指针
# 所以这里根据系统调用号计算调用入口地址时需要*4（int为4个byte） pushl %eax movl current,%eax cmpl $0,state(%eax) # state和下面的counter分别被初始化为0和4，作为current所属结构体相应数据偏移 jne reschedule # 根据比较结果判断是否重新调度 cmpl $0,counter(%eax) je reschedule
kernel/Makefile:
修改Makefile，补充与who.c相关规则：
OBJS = ... who.o
......
### Dependencies:
who.s who.o: who.c ../include/unistd.h \
../include/asm/segment.h ../include/errno.h
......
测试
添加测试用例
运行oslab目录下的mount-hdc，挂载虚拟硬盘：
cd ~/workspace/oslab
sudo ./mount-hdc
cd hdc/usr/root
添加测试文件：
sudo vim iam.c
iam.c具体内容：
#include#define __LIBRARY__ # 在unistd.h中，调用号与_syscall*宏函数都是在定义了__LIBRARY__的前提下才定义的 #include _syscall1(int,iam,const char *,name) # 注解2：_syscall*() int main(int argc, char *argv[]) { if(argc<=1) { printf("error: input your name, please! \n "); return -1; } if(iam(argv[1])==-1) { printf("error: length limit is 23. \n"); return -1; } return 0; }
sudo vim whoami.c
#include#define __LIBRARY__ #include _syscall2(int,whoami,char *,name,unsigned int,size) int main(int argc, char *argv[]) { char name[24]; if(whoami(name, 23)==-1) { printf("error while reading name..."); return -1; } printf("%s\n", name); return 0; }
实验也给我们提供了测试评分文件：testlab2.c testlab2.sh ，也将它们下载放到当前目录下。
替换部分库文件：
由于挂载的虚拟硬盘为oslab目录下的hdc-0.11.img，里面的文件不会随着内核的编译而改变，我们手动替换改动的库文件：
sudo cp ~/workspace/oslab/linux-0.11/include/linux/sys.h ~/workspace/oslab/hdc/usr/include/linux/sys.h
sudo cp ~/workspace/oslab/linux-0.11/include/unistd.h ~/workspace/oslab/hdc/usr/include/unistd.h
OK，我们现在可以卸载hdc了:
cd ~/workspace/oslab
sudo umount hdc
编译与运行
cd linux-0.11 make
../run
开启时默认的目录即为/usr/root。
编译C文件：
gcc -o iam iam.c
gcc -o whoami whoami.c
gcc -o testlab2 testlab2.c
sync
在bochs上的linux-0.11中产生或修改的文件需要手动写入硬盘，否则关闭虚拟机后不会保存。
运行自己的测试用例：
./iam "lg's student"
./whoami
运行实验给的评分用例（满分分别为50%和30%，还有20%是写实验报告。。。）：
./testlab2
./testlab2.sh
系统调用的分析
初始化
调用流程
以iam()函数为例：
思考
从Linux 0.11现在的机制看，它的系统调用最多能传递几个参数？你能想出办法来扩大这个限制吗？
Linux-0.11的系统调用通过寄存器ebx、ecx、edx传递参数，最多能传递3个参数。
扩大传递参数的数量的方法：
- 增加传参所用的寄存器，但考虑到寄存器的成本以及它们还需要用于其他地方，这个方法不太可取；
- 通过定义结构体，在结构体中存入很多参数，然而只把结构体入口地址作为参数进行传递；
- 用这3个寄存器循环传值；
- 将寄存器拆分为高位和低位传递一直比较小的参数；
- 利用堆栈传递参数。
用文字简要描述向Linux 0.11添加一个系统调用foo()的步骤。
我们假设foo()的返回值类型为void。
- 在include/unistd.h中定义宏__NR_foo，并添加供用户调用的函数声明void foo()；
- 修改kernel/system_call.s中的nr_system_calls，使其增加1；
- 在include/linux/sys.h中添加函数声明extern void sys_foo()，在系统调用入口表fn_ptr末端添加元素sys_foo；
- 添加kernel/foo.c文件，实现sys_foo()函数；
- 修改kernel/Makefile，在OBJS中加入foo.o，并添加生成foo.s、foo.o的依赖规则。