《操作系统原理》实验一：编译新内核并为Linux内核增加系统调用

古城微笑少年丶 2023-06-17 04:53 16阅读 0赞

## 一、实验目的 ##

1）理解操作系统生成的概念和过程

2）理解操作系统两类用户界面（操作界面，系统调用）概念

## 二、实验内容 ##

1）在Unbantu或Fedora环境下裁剪和编译Linux内核，并启用新的内核。

2）在Unbantu或Fedora环境下为Linux内核增加1-3 个新的系统调用，并启用新的内核，编写一个应用程序测试新增加的系统调用是否能正确工作。

3）在windows 环境下，利用高级语言编程环境（限定为VS 环境或VC 环境）调用相关的系统调用（即系统API）实现一个包括“进程创建，文件读写”的应用程序。有一个文本文件CommandList.txt，第一行是说明性文字：本文件最后一次打开和运行日期是20190325。第二行开始每行是一个可执行程序的名称（含路径）。编写一个应用程序能打开该文件，并顺序执行其中的每个程序，并更新文件第一行中的日期。

4）在windows 环境下，编写一个批处理程序（算命大师.bat），程序运行后，输入：出生年月日（例如20000731）。系统输出你的属相和星座，例如：你属兔，狮子座。

## 三、实验过程 ##

### 1）编译并启用新Linux内核 ###

①任务环境

Ubuntu版本：16.04 64位

Linux内核版本：4.5.0-29-generic

新内核版本：4.11.9

②查看内核版本

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③下载内核源码

![format_png 1][]

内核源码下载自kernel.org镜像站，使用4.11.9稳定版

④下载完成后解压

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⑤安装基本的编译工具

![format_png 3][]![format_png 4][]![format_png 5][]![format_png 6][]

命令列表：

sudo apt-get install libncurses5-dev libssl-dev    
    sudo apt-get install build-essential openssl    
    sudo apt-get install zlibc minizip    
    sudo apt-get install libidn11-dev libidn11

⑥在内核源码的目录中打开终端，依次执行：

sudo make mrproper   
    sudo make clean   
    sudo make menuconfig

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⑦直接按右方向键选择到exit退出，退出提示中选择保存，实现内核的默认配置

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⑧执行命令sudo make –j8

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j后面跟的参数是电脑cpu的进程数，我的电脑是四核八线程的，所以执行-j8，8个线程并行编译，编译速度是普通make命令的8倍。这一步通常要等比较长时间等它执行完

⑨sudo make –j8过程

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⑩执行sudo make modules\_install，安装内核模块

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⑪执行sudo make install，安装内核

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⑫重启电脑，在Ubuntu高级选项中选用新内核

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⑬检查新内核版本

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### 2）为Linux内核增加新的系统调用 ###

①修改内核代码：内核解压后打开/arch/x86/entry/syscalls/syscall\_64.tbl，设置系统调用号333

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②修改内核代码：打开/include/linux/syscalls.h，即系统调用的头文件，添加函数声明

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③修改内核代码：打开第三个/kernel/sys.c，定义系统调用

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④sudo make menuconfig

![format_png 7][]

⑤直接按右方向键选择到exit退出，退出提示中选择保存，实现内核的默认配置

![format_png 8][]

⑥执行命令sudo make –j8

![format_png 9][]

⑦sudo make –j8过程

![format_png 10][]

⑧执行sudo make modules\_install，安装内核模块

![format_png 11][]

⑨执行sudo make install，安装内核

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⑩重启电脑，在Ubuntu高级选项中选用新内核

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⑪编写一个C语言文件

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⑫gcc a.c编译上面的 .C文件，再输入./a.out输出编译结果，结果是1

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⑬在终端中输入命令dmesg，查看系统日志发现，在最后出现了“Hello，U201717126!”，表明添加系统调用成功

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### 3）实现进程创建、文件读写 ###

任务环境：Windows 10 x64 + Visual Studio 2017 Enterprise

代码实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS     //忽略安全检查错误  
    #define _CRT_NONSTDC_NO_DEPRECATE  
      
    #include <stdio.h>  
    #include <windows.h>  
    #include <string.h>  
    #include <time.h>  
    #include <string.h>  
      
    void create(char process[]) {  
        STARTUPINFO si = { sizeof(si) };  
        PROCESS_INFORMATION pi;  
        si.dwFlags = STARTF_USESHOWWINDOW;  
        si.wShowWindow = TRUE;  
        BOOL bRet = CreateProcess(NULL, process, NULL, NULL, FALSE, CREATE_NEW_CONSOLE, NULL, NULL, &si, &pi);  
    }  
      
    int main()  
    {  
        char timeContent[100] = { 0 };  
        char readBuffer[1000] = { 0 };  
        char commandName[10][100] = { 0 };       //按行分开的命令  
        int num = 0;               //命令个数  
      
        DWORD dwRead = 0;  
        DWORD dwWrite = 0;  
        HANDLE hFile = CreateFile("./commandList.txt", GENERIC_WRITE | GENERIC_READ, 0,  
            NULL, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);  
      
        if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)  
        {  
            printf("CreateFile failed!");  
            CloseHandle(hFile);  
            return -1;  
        }  
      
        //获取时间  
        time_t t;  
        struct tm * lt;  
        char mon[10];  
        char tmp[10];  
        time(&t);//获取时间戳  
        lt = localtime(&t);//转为时间结构  
        if (lt->tm_mon % 10<10) {  
            strcpy(mon, "0");  
            itoa(lt->tm_mon + 1, tmp, 10);  
            strcat(mon, tmp);  
        }  
        char year[10];  
        itoa(lt->tm_year + 1900, year, 10);  
        char day[10];  
        itoa(lt->tm_mday, day, 10);  
        char date[10];  
        strcpy(date, year);  
        strcat(date, mon);  
        strcat(date, day);  
        sprintf(timeContent, "本文件最后一次打开和运行日期是%s\r\n", date);  
        WriteFile(hFile, timeContent, strlen(timeContent), &dwWrite, NULL);  
      
        //读取文本  
        DWORD fileSize = GetFileSize(hFile, NULL);  
        ReadFile(hFile, readBuffer, fileSize, &dwRead, NULL);  
        readBuffer[fileSize] = '\0';  
        printf("%s\n", readBuffer);  
        CloseHandle(hFile);  
      
        //循环将读取的命令分隔开来  
        char tmpBuffer[1000] = { 0 };  
        for (int i = 0; i<fileSize; i++)  
        {  
            if ('\r' == readBuffer[i])  
            {  
                strncpy(commandName[num], readBuffer, i);  
                i = i + 2;  
                num++;  
                strcpy(tmpBuffer, &readBuffer[i]);  
                strcpy(readBuffer, tmpBuffer);  
                i = 0;  
            }  
            else if ('\0' == readBuffer[i])  
            {  
                strncpy(commandName[num], readBuffer, i);  
                num++;  
                break;  
            }  
        }  
      
        for (int j = 0; j<num; j++)  
            create(commandName[j]);  
        return 0;  
    }

4）编写“算命大师.bat”

任务环境：Windows 10 x64

代码实现：

@Echo Off  
    Set /p yearmonthday=请输入： 出生年月日 （例如20000731）：  
      
    Set year=%yearmonthday:~0,4%  
    Set monthday=%yearmonthday:~4,4%  
    Set /a mod=%year%%%12  
      
    if %mod%==0 set /p="你属猴，"<nul  
    if %mod%==1 set /p="你属鸡，"<nul  
    if %mod%==2 set /p="你属狗，"<nul  
    if %mod%==3 set /p="你属猪，"<nul  
    if %mod%==4 set /p="你属鼠，"<nul  
    if %mod%==5 set /p="你属牛，"<nul  
    if %mod%==6 set /p="你属虎，"<nul  
    if %mod%==7 set /p="你属兔，"<nul  
    if %mod%==8 set /p="你属龙，"<nul  
    if %mod%==9 set /p="你属蛇，"<nul  
    if %mod%==10 set /p="你属马，"<nul  
    if %mod%==11 set /p="你属羊，"<nul  
       
    if "%monthday%" LEQ "0119" echo 魔蝎座  
    if "%monthday%" GEQ "0120" if "%monthday%" LEQ "0218" echo 水瓶座  
    if "%monthday%" GEQ "0219" if "%monthday%" LEQ "0320" echo 双鱼座  
    if "%monthday%" GEQ "0321" if "%monthday%" LEQ "0419" echo 白羊座  
    if "%monthday%" GEQ "0420" if "%monthday%" LEQ "0520" echo 金牛座  
    if "%monthday%" GEQ "0521" if "%monthday%" LEQ "0621" echo 双子座  
    if "%monthday%" GEQ "0622" if "%monthday%" LEQ "0722" echo 巨蟹座  
    if "%monthday%" GEQ "0723" if "%monthday%" LEQ "0822" echo 狮子座  
    if "%monthday%" GEQ "0823" if "%monthday%" LEQ "0922" echo 处女座  
    if "%monthday%" GEQ "0923" if "%monthday%" LEQ "1023" echo 天秤座  
    if "%monthday%" GEQ "1024" if "%monthday%" LEQ "1122" echo 天蝎座  
    if "%monthday%" GEQ "0321" if "%monthday%" LEQ "0419" echo 白羊座  
    if "%monthday%" GEQ "1222" echo 魔蝎座  
      
    %0 :: 用于循环  
      
    Pause

补充说明：最好加入一定的容错机制，比如输入的字符串长度有误/日期不存在等等。

## 四、实验结果 ##

### 1）编译并启用新Linux内核 ###

![format_png 13][]

![format_png 14][]

Ubuntu高级选项中出现了新的内核，进入新内核后，Linux内核版本由原先的4.5.0-29-generic变为4.11.9，新Linux内核编译并启用成功

### 2）为Linux内核增加新的系统调用 ###

### 3）实现进程创建、文件读写 ###

①D:\\OSCourse目录下有1.exe、2.exe、3.exe三个可执行程序，CommandList.txt内容如图所示：

![format_png 21][]

②运行程序，1.exe、2.exe、3.exe进程均被创建

![format_png 22][]

③任务管理器截图：

![format_png 23][]

④CommandList.txt内容变为：

![format_png 24][]

### 4）编写“算命大师.bat” ###

①输入8位年月日，自动计算出属相和星座

![format_png 25][]

②继续输入，可以反复计算

## 五、体会 ##

通过本次实验，我对操作系统生成的概念和过程、操作系统的操作界面与系统调用有了更深刻的理解，掌握了Linux内核的编译、系统调用的增加与Windows批处理程序的编写，对操作系统的功能与原理有了进一步的了解。

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