操作系統(tǒng)課設報告桂林電子科技大學

1、桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙GeekOSGeekOS 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)課程設計說明書課程設計說明書題題 目：目： GeekOSGeekOS 操作系統(tǒng)的研究與實驗操作系統(tǒng)的研究與實驗 學學 院：院： 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院 專專 業(yè)業(yè)： 信息安全信息安全 姓姓 名名： 學 號： 指導教師：指導教師： 2015 年年 06 月月 12 日日桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙目 錄1 GEEKOS 簡介簡介 .11.1 GEEKOS 系統(tǒng)源代碼結(jié)構(gòu).12 課程設計環(huán)境課程設計環(huán)境 .23 項目項目 0 的設計實現(xiàn)的設計實現(xiàn) .33.1 項目設計目的 .33.2 項目設計要求.

2、33.3 項目實現(xiàn)原理.33.4 項目實現(xiàn)過程.33.5 運行結(jié)果.54 項目項目 1 的設計實現(xiàn)的設計實現(xiàn) .64.1 項目設計目的 .64.2 項目設計要求.64.3 項目實現(xiàn)原理 .64.4 項目實現(xiàn)過程 .84.5 運行結(jié)果.95 項目項目 2 的設計實現(xiàn)的設計實現(xiàn) .105.1 項目設計目的 .105.2 項目設計目的 .105.3 項目實現(xiàn)原理 .115.4 項目實現(xiàn)過程 .135.5 運行結(jié)果 .236 遇到問題及解決方法遇到問題及解決方法 .237 課程設計總結(jié)課程設計總結(jié) .24桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 1 頁 1 GeekOS 簡介GeekOS 是一個基于 X

3、86 架構(gòu)的 PC 上運行的微操作系統(tǒng)內(nèi)核，由美國馬理蘭大學的教師開發(fā)，主要用于操作系統(tǒng)課程設計，目的是使學生能夠?qū)嶋H動手參與到一個操作系統(tǒng)的開發(fā)工作中。出于教學目的，這個系統(tǒng)內(nèi)核設計簡單，卻又兼?zhèn)鋵嵱眯?，它可以運行在真正的 X86 PC 硬件平臺。作為一個課程設計平臺,GeekOS 由一個基本的操作系統(tǒng)內(nèi)核作為基礎,提供了操作系統(tǒng)與硬件之間的所有必備接口,實現(xiàn)了系統(tǒng)引導,實模式到保護模式的轉(zhuǎn)換,中斷調(diào)用及異常處理,基于段式的內(nèi)存管理,FIFO 進程調(diào)度算法以及內(nèi)核進程,基本的輸入輸出(鍵盤作為輸入設備,顯示器作為輸出設備),以及一個用于存放用戶程序的只讀文件系統(tǒng)PFAT。學生可以在 Linu

4、x 或 Unix 環(huán)境下對其進行功能擴充，且其針對進程、文件系統(tǒng)、存儲管理等操作系統(tǒng)核心內(nèi)容分別設計了 7 個難度逐漸增加的項目供學生選擇 。1.1 GeekOS 系統(tǒng)源代碼結(jié)構(gòu)GeekOS 操作系統(tǒng)源文件 geekos-0.3.0.zip 可以從 http:/下載。圖 1.1 GeekOS 系統(tǒng)主目錄在 doc 目錄里的文件 hacking.pdf 和 index.htm 是 GeekOS 系統(tǒng)的參考文檔。Scripts目錄下有 startProject 和 removeEmptyConflicts 兩個腳本文件。GeekOS 系統(tǒng)的源文件在src 目錄下，分為 7 個項目：Project0

5、 到 Project7。在 build 文件夾中，包含系統(tǒng)編譯后的可執(zhí)行文件的文件、軟盤鏡像或是硬盤鏡像、makefile 項目管理文件。在 include 文件夾中有 GeekOS 和 libc 兩個子目錄，在 GeekOS 子目錄中有 kthread.h、keyboard.h 等文件。桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 2 頁 圖 1.2 項目文件結(jié)構(gòu)圖2 課程設計環(huán)境1. 虛擬機軟件：VMware Workstation 10.0。2. 虛擬系統(tǒng)：linux 系統(tǒng) CentOS 6.0。3. NASM 匯編器。4. GNU gcc 編譯器。5. GNU gdb 調(diào)試器。6. Sour

6、se Insight：程序編輯器和代碼瀏覽器。7. Bochs：GeekOS 運行于 Windows(或 Linux)下的 Bochs PC 模擬器，Bochs 是用 C+ 開發(fā)的可移植的 IA-32 (x86) PC 模擬器，它包括對 Intel x86 CPU 、通用 I/O 設備和可定制的 BIOS 的模擬,幾乎可以運行在所有流行的平臺上。在本次課設中使用的是 bochs 2.6。圖 2.1 課設環(huán)境桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 3 頁 3 項目 0 的設計實現(xiàn)3.1 項目設計目的熟悉 GeekOS 的項目編譯、調(diào)試和運行環(huán)境，掌握 GeekOS 運行工作過程。3.2 項目設計

7、要求1.搭建 GeekOS 的編譯和調(diào)試平臺，掌握 GeekOS 的內(nèi)核進程工作原理。2.熟悉鍵盤操作函數(shù)，編程實現(xiàn)一個內(nèi)核進程。該進程的功能是：接收鍵盤輸入的字符并顯示到屏幕上，當輸入 ctrl+d 時，結(jié)束進程的運行。3.3 項目實現(xiàn)原理項目 0 主要要求設計一個函數(shù)對鍵盤的中斷進行響應。這主要通過使用 GeekOS 提供的鍵盤響應函數(shù) Wait_Kernel_Thread 進行鍵盤中斷的響應和返回鍵值。該函數(shù)首先檢查鍵盤緩沖區(qū)是否有按鍵，如果有，就讀取一個鍵碼，如果此時鍵盤緩沖區(qū)沒有鍵值，就將線程放入鍵盤事件等待隊列。于是可分為兩步完成：1.編寫函數(shù) EchoCount，函輸功能是：接受

8、鍵盤輸入的按鍵，并將鍵值顯示在顯示器，當輸入 Ctrl+D 退出。2.在 Main 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用 Start_Kernel_Thread 函數(shù)，將編寫的函數(shù)地址傳遞給startFunc，建立一個內(nèi)核進程。3.4 項目實現(xiàn)過程1.添加代碼（1）在 Main 函數(shù)中編寫一個函數(shù)，函數(shù)功能是：接收鍵盤輸入的按鍵，并將鍵值顯示到顯示器的函數(shù)，當輸入 Ctrl+D 就退出。void project0()Print(To Exit hit Ctrl + d.n); Keycode keycode; while(1) if( Read_Key(&keycode) ) /讀取鍵盤按鍵狀態(tài)if(!( (

9、keycode & KEY_SPECIAL_FLAG) | (keycode & KEY_RELEASE_FLAG) ) /只處理非特殊按鍵的按下事件 int asciiCode = keycode & 0 xff; /低 8 位為 Ascii 碼 if( (keycode & KEY_CTRL_FLAG)=KEY_CTRL_FLAG & asciiCode=d) /按下 Ctrl 鍵 Print(n-BYE!-n); Exit(1); else Print(%c,(asciiCode=r) ? n : keycode);桂林電子科技大學綜合設計說明書用

10、紙 第 4 頁 /放在 main 函數(shù)之前（2） 在 Main 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用 Start_Kernel_Thread 函數(shù)，將步驟 1 編寫的函數(shù)地址傳遞給參數(shù) startFunc,建立一個內(nèi)核級進程。 void Main(struct Boot_Info* bootInfo) /TODO(Start a kernel thread to echo pressed keys and print counts); struct Kernel_Thread *thread; thread = Start_Kernel_Thread(&project0,0,PRIORITY_NORMAL,f

11、alse); 2.編譯 GeekOS 項目 project0（1）shell# cd /geekos-0.3.0/src/project0/build（2）shell# make depend生成 depend.mak 文件。圖 3.1 make depend 執(zhí)行過程（3）shell# make成功之后在 build 目錄下生成 fd.img 文件。桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 5 頁 圖 3.2 make 執(zhí)行過程3.配置啟動 Bochs（1）創(chuàng)建 bochs 配置文件shell# gedit bochsrc（2）在編輯器中輸入一下配置內(nèi)容gdbstub: enabled=1,

12、port=1234, text_base=0, data_base=0, bss_base=0romimage:file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latestmegs: 8boot: afloppya:1_44=fd.img, status=insertedlog: ./bochs.out（3）保存，直接退出 gedit3.5 運行結(jié)果（1）啟動 bochsshell# bochs - bochsrc（2）選擇 begin simulation（3）結(jié)果：桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 6 頁 圖 3.3 項目 0 運行結(jié)果4 項目 1 的設計實現(xiàn)4.1 項目設計目的熟

13、悉 ELF 文件格式，了解 GeekOS 系統(tǒng)如何將 ELF 格式的可執(zhí)行程序裝入到內(nèi)存，建立內(nèi)核進程并運行的實現(xiàn)技術(shù)。4.2 項目設計要求1.修改/geekos/elf.c 文件：在函數(shù) Parse_ELF_Executable( )中添加代碼，分析 ELF 格式的可執(zhí)行文件（包括分析得出 ELF 文件頭、程序頭，獲取可執(zhí)行文件長度，代碼段、數(shù)據(jù)段等信息） ，并填充 Exe_Format 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的域值。2.在 Linux 環(huán)境下編譯系統(tǒng)得到 GeekOS 鏡像文件。3.編寫一個相應的 bochs 配置文件。4.在 bochs 中運行 GeekOS 系統(tǒng)顯示結(jié)果。4.3 項目實現(xiàn)原理1.E

14、LF 文件格式。連接程序視圖 執(zhí)行程序視圖 ELF 頭部ELF 頭部 程序頭部表（可選） 程序頭部表 節(jié)區(qū) 1 段 1 桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 7 頁 節(jié)區(qū) n 段 2 節(jié)區(qū)頭部表 節(jié)區(qū)頭部表（可選） 表 4.1 ELF 目標文件格式2. 內(nèi)存中的可執(zhí)行文件鏡像GeekOS 中的用戶進程全部在系統(tǒng)的編譯階段完成編譯和鏈接，形成可執(zhí)行文件，用戶可執(zhí)行文件保存在 PFAT 文件系統(tǒng)中。項目 1 要完成的事系統(tǒng)啟動后，從 PFAT 文件系統(tǒng)將可執(zhí)行文件裝入內(nèi)存，建立進程并運行得到相應的輸出。如下圖：圖 4.1 文件鏡像3. 內(nèi)核線程的建立流程該過程主要由 Spawner 函數(shù)實現(xiàn)，其

15、主要經(jīng)過：調(diào)用 Read_Fully 函數(shù)將文件讀入內(nèi)存，后調(diào)用 Parse_ELF_Executable 函數(shù)分析 ELF 文件，最后調(diào)用 Spawn_Program 函數(shù)將可執(zhí)行程序的代碼段和數(shù)據(jù)段等裝入內(nèi)存，此后便可以開始運行一個內(nèi)核級進程了。如下圖：桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 8 頁 圖 4.2 建立流程4.4 項目實現(xiàn)過程1.添加代碼修改/geekos/elf.c 文件。在函數(shù) Parse_ELF_Executalbe()中添加代碼，分析 ELF 格式的可執(zhí)行文件（包括分析得出ELF 文件頭、程序頭，獲取可執(zhí)行文件長度，代碼段、數(shù)據(jù)段等信息） ，并填充 Exe_Forma

16、t數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的域值。int Parse_ELF_Executable(char *exeFileData, ulong_t exeFileLength, struct Exe_Format *exeFormat) /TODO(Parse an ELF executable image); int i; elfHeader *head=(elfHeader*)exeFileData; programHeader *proHeader=(programHeader *)(exeFileData+head-phoff); KASSERT(exeFileData!=NULL); KASSERT(exe

17、FileLengthhead-ehsize+head-phentsize*head-phnum); KASSERT(head-entry%4=0);桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 9 頁 exeFormat-numSegments=head-phnum; exeFormat-entryAddr=head-entry; for(i=0;iphnum;i+) exeFormat-segmentListi.offsetInFile=proHeader-offset; exeFormat-segmentListi.lengthInFile=proHeader-fileSize; exeForm

18、at-segmentListi.startAddress=proHeader-vaddr; exeFormat-segmentListi.sizeInMemory=proHeader-memSize; exeFormat-segmentLtFlags=proHeader-flags; proHeader+;return 0;2. 編譯 GeekOS 項目 project0（1）執(zhí)行 make dependshell# make depend生成 depend.mak 文件（2）執(zhí)行 makeshell# make成功之后再 build 目錄下生成 fd.img 和 disk.i

19、mg 文件。3. 配置啟動 Bochs（1）創(chuàng)建 bochs 配置文件shell# gedit bochsrc（2）在編輯器輸入一下配置內(nèi)容romimage:file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latestmegs: 8boot: afloppya: 1_44=fd.img, status=insertedata0-master:type=disk, mode=flat, path=diskc.img, cylinders=0log: ./bochs.out桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 10 頁 （3）保存，直接退出 gedit4.5 運行結(jié)果（1）啟動 bochssh

20、ell# bochs f bochsrc（2）選擇 begin simulation（3）結(jié)果：圖 4.3 項目 1 運行結(jié)果5 項目 2 的設計實現(xiàn)5.1 項目設計目的擴充 GeekOS 操作系統(tǒng)內(nèi)核，使得系統(tǒng)能夠支持用戶級進程的動態(tài)創(chuàng)建和執(zhí)行。5.2 項目設計目的1.“src/GeekOS/user.c”文件中的函數(shù) Spawn（） ，其功能是生成一個新的用戶級進程；2.“src/GeekOS/user.c”文件中的函數(shù) Switch_To_User_Context（） ，調(diào)度程序在執(zhí)行一個新的進程前調(diào)用該函數(shù)以切換用戶地址空間；3.“src/GeekOS/elf.c”文件中的函數(shù) Par

21、se_ELF_Executable（） 。該函數(shù)的實現(xiàn)要求和項目 1 相同。4.“src/GeekOS/userseg.c”文件中主要是實現(xiàn)一些為實現(xiàn)對“src/GeekOS/user.c”中高層操作支持的函數(shù)。 Destroy_User_Context（）函數(shù)的功能是釋放用戶態(tài)進程占用的內(nèi)存資源。 Load_User_Program（）函數(shù)的功能通過加載可執(zhí)行文件鏡像創(chuàng)建新進程的桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 11 頁 User_Context 結(jié)構(gòu)。 Copy_From_User（）和 Copy_To_User（）函數(shù)的功能是在用戶地址空間和內(nèi)核地址空間之間復制數(shù)據(jù)，在分段存儲器管

22、理模式下，只要段有效，調(diào)用 memcpy 函數(shù)就可以實現(xiàn)這兩個函數(shù)的功能。 Switch_To_Address_Space（）函數(shù)的功能是通過將進程的 LDT 裝入到 LDT 寄存器來激活用戶的地址空間；5.“src/GeekOS/kthread.c”文件中的 Start_User_Thread 函數(shù)和 Setup_User_Thread 函數(shù)。 Setup_User_Thread（）函數(shù)的功能是為進程初始化內(nèi)核堆棧，堆棧中是為進程首次進入用戶態(tài)運行時設置處理器狀態(tài)要使用的數(shù)據(jù)。 Start_User_Thread（）是一個高層操作，該函數(shù)使用 User_Context 對象開始一個新進程。6

23、.“src/GeekOS/kthread.c”文件中主要是實現(xiàn)用戶程序要求內(nèi)核進行服務的一些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)定義。要求用戶實現(xiàn)的有 Sys_Exit（）函數(shù)、Sys_PrintString（）函數(shù)、Sys_GetKey（） 、Sys_SetAttr（） 、Sys_GetCursor（） 、Sys_PutCursor（） 、Sys_Spawn（）函數(shù)、Sys_Wait（）函數(shù)和 Sys_GetPID( )函數(shù)。7.在 main.c 文件中改寫生成第一個用戶態(tài)進程的函數(shù)調(diào)用：Spawn_Init_Process(void) 。5.3 項目實現(xiàn)原理1. GeekOS 進程狀態(tài)及轉(zhuǎn)換圖 5.1 GeekO

24、S 進程轉(zhuǎn)換GeekOS 系統(tǒng)最早創(chuàng)建的內(nèi)核進程有 Idle、Reaper 和 Main 三個進程，它們由Init_Scheduler 函數(shù)創(chuàng)建：最先初始化一個核態(tài)進程 mainThread，并將該進程作為當前運行進程，函數(shù)最后還調(diào)用 Start_Kernel_Thread 函數(shù)創(chuàng)建了兩個系統(tǒng)進程 Idle 和桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 12 頁 Reaper。 所以，Idle、Reaper 和 Main 三個進程是系統(tǒng)中最早存在的進程。2. GeekOS 的用戶態(tài)進程 在 GeekOS 中為了區(qū)分用戶態(tài)進程和內(nèi)核進程，在 Kernel_Thread 結(jié)構(gòu)體中設置了一個字段 use

25、rContext，指向用戶態(tài)進程上下文。對于內(nèi)核進程來說，這個指針為空，而用戶態(tài)進程都擁有自己的用戶上下文（User_Context） 。因此，在 GeekOS 中要判斷一個進程是內(nèi)核進程還是用戶態(tài)進程，只要通過 userContext 字段是否為空來判斷就可以了。 圖 5.2 用戶進程3.用戶進程空間每個用戶態(tài)進程都擁有屬于自己的內(nèi)存段空間，如：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段等，每個段有一個段描述符（segment descriptor） ，并且每個進程有一個段描述符表（Local Descriptor Table） ，用于保存該進程的所有段描述符。操作系統(tǒng)中還設置一個全局描述符表（GDT，Glob

26、al Descriptor Table） ，用于記錄了系統(tǒng)中所有進程的 ldt 描述符。圖 5.3 用戶進程空間4. 用戶態(tài)進程創(chuàng)建 LDT 的步驟(1)調(diào)用函數(shù) Allocate_Segment_Descriptor()新建一個 LDT 描述符；桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 13 頁 (2)調(diào)用函數(shù) Selector()新建一個 LDT 選擇子；(3)調(diào)用函數(shù) Init_Code_Segment_Descriptor()新建一個文本段描述符；(4)調(diào)用函數(shù) Init_Data_Segment_Descriptor()新建一個數(shù)據(jù)段；(5)調(diào)用函數(shù) Selector（）新建一個數(shù)據(jù)段

27、選擇子；(6)調(diào)用函數(shù) Selector（）新建一個文本（可執(zhí)行代碼）段選擇子。圖 5.4 用戶進程創(chuàng)建流程5.4 項目實現(xiàn)過程1.添加代碼（1）修改 src/GeekOS/user.c 文件中的函數(shù) Spawn()，其功能是生成一個用戶級進程。（2）src/GeekOS/user.c 文件中的函數(shù) Switch_To_User_Contex(),調(diào)度程序在執(zhí)行一個新的進程前調(diào)用該函數(shù)以切換用戶地址空間。（3）src/GeekOS/elf.c 文件中的函數(shù) Prase_ELF_Executable()。該函數(shù)的實現(xiàn)要求和項目 1 相同。（4）src/GeekOS/userseg.c 文件主要是

28、實現(xiàn)一些為實現(xiàn)對 src/GeekOS/user.c 中高層操作支持的函數(shù)。 Destroy_User_Context（）函數(shù)的功能是釋放用戶態(tài)進程占用的內(nèi)存資源。桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 14 頁 Load_User_Program（）函數(shù)的功能通過加載可執(zhí)行文件鏡像創(chuàng)建新進程的 User_Context 結(jié)構(gòu)。 Copy_From_User（）和 Copy_To_User（）函數(shù)的功能是在用戶地址空間和內(nèi)核地址空間之間復制數(shù)據(jù)，在分段存儲器管理模式下，只要段有效，調(diào)用 memcpy 函數(shù)就可以實現(xiàn)這兩個函數(shù)的功能。 Switch_To_Address_Space（）函數(shù)的功能

29、是通過將進程的 LDT 裝入到 LDT 寄存器來激活用戶的地址空間（5）src/GeekOS/kthread.c 文件中 Start_User_Thread 函數(shù)和 Setup_User_Thread 函數(shù)。 Setup_User_Thread（）函數(shù)的功能是為進程初始化內(nèi)核堆棧，堆棧中是為進程首次進入用戶態(tài)運行時設置處理器狀態(tài)要使用的數(shù)據(jù)。 Start_User_Thread（）是一個高層操作，該函數(shù)使用 User_Context 對象開始一個新進程。（6）src/GeekOS/kthread.c 相關(guān)函數(shù)的修改。（7）src/GeekOS/syscall.c”文件中主要是實現(xiàn)用戶程序要求內(nèi)

30、核進行服務的一些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)定義。 要求用戶實現(xiàn)的有 Sys_Exit（）函數(shù)、Sys_PrintString（）函數(shù)、Sys_GetKey（） 、Sys_SetAttr（） 、Sys_GetCursor（） 、Sys_PutCursor（） 、Sys_Spawn（）函數(shù)、Sys_Wait（）函數(shù)和 Sys_GetPID( )函數(shù)。（8）在 main.c 文件中改寫生成第一個用戶態(tài)進程的函數(shù)調(diào)用：Spawn_Init_Process(void) = user.c =/產(chǎn)生一個進程（用戶態(tài)）int Spawn(const char *program, const char *command, s

31、truct Kernel_Thread *pThread) /TODO(Spawn a process by reading an executable from a filesystem); int rc; /標記各函數(shù)的返回值，為 0 則表示成功，否則失敗 char *exeFileData = 0;/保存在內(nèi)存緩沖中的用戶程序可執(zhí)行文件 ulong_t exeFileLength;/可執(zhí)行文件的長度 struct User_Context *userContext = 0;/指向 User_Conetxt 的指針 struct Kernel_Thread *process = 0;/指向

32、 Kernel_Thread *pThread 的指針 struct Exe_Format exeFormat;/調(diào)用 Parse_ELF_Executable 函數(shù)得到的可執(zhí)行文件信息 if (rc = Read_Fully(program, (void*) &exeFileData, &exeFileLength) != 0 ) /調(diào)用 Read_Fully 函數(shù)將名為 program 的可執(zhí)行文件全部讀入內(nèi)存緩沖區(qū) Print(Failed to Read File %s!n, program); goto fail; if(rc = Parse_ELF_Executab

33、le(exeFileData, exeFileLength, &exeFormat) != 0 ) /調(diào)用 Parse_ELF_Executable 函數(shù)分析 ELF 格式文件 Print(Failed to Parse ELF File!n); goto fail; if(rc = Load_User_Program(exeFileData, exeFileLength, &exeFormat, command, &userContext) != 桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 15 頁 0) /調(diào)用 Load_User_Program 將可執(zhí)行程序的程序段和

34、數(shù)據(jù)段裝入內(nèi)存 Print(Failed to Load User Program!n); goto fail; /在堆分配方式下釋放內(nèi)存并再次初始化 exeFileData Free(exeFileData); exeFileData = 0;/* 開始用戶進程,調(diào)用 Start_User_Thread 函數(shù)創(chuàng)建一個進程并使其進入準備運行隊列*/ process = Start_User_Thread(userContext, false); if (process != 0) /不是核心級進程(即為用戶級進程) KASSERT(process-refCount = 2);/* 返回核心進程

35、的指針 */ *pThread = process; rc = process-pid;/記錄當前進程的 ID else/超出內(nèi)存 project2includegeekoserrno.h rc = ENOMEM; return rc;fail: /如果新進程創(chuàng)建失敗則注銷 User_Context 對象 if (exeFileData != 0) Free(exeFileData);/釋放內(nèi)存 if (userContext != 0) Destroy_User_Context(userContext);/銷毀進程對象 return rc;-/切換至用戶上下文void Switch_To_U

36、ser_Context(struct Kernel_Thread* kthread, struct Interrupt_State* state) /TODO(Switch to a new user address space, if necessary); static struct User_Context* s_currentUserContext; /* last user context used */ /extern int userDebug; struct User_Context* userContext = kthread-userContext;/指向 User_Con

37、etxt 的指針，并初始化為準備切換的進程 KASSERT(!Interrupts_Enabled(); if (userContext = 0) /userContext 為 0 表示此進程為核心態(tài)進程就不用切換地址空間 return; if (userContext != s_currentUserContext) ulong_t esp0; /if (userDebug) Print(A%pn, kthread); Switch_To_Address_Space(userContext);/為用戶態(tài)進程時則切換地址空間 esp0 = (ulong_t) kthread-stackPage

38、) + PAGE_SIZE; /if (userDebug) / Print(S%lxn, esp0);/* 新進程的核心棧. */桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 16 頁 Set_Kernel_Stack_Pointer(esp0);/設置內(nèi)核堆棧指針/* New user context is active */ s_currentUserContext = userContext; = elf.c =copy project1 = userseg.c =/需在此文件各函數(shù)前增加一個函數(shù)，此函數(shù)的功能是按給定的大小創(chuàng)建一個用戶級進程上下文，具體實現(xiàn)如下：/函數(shù)功能:按給定的大小創(chuàng)建

39、一個用戶級進程上下文static struct User_Context* Create_User_Context(ulong_t size) struct User_Context * UserContext; size = Round_Up_To_Page(size); UserContext = (struct User_Context *)Malloc(sizeof(struct User_Context); /為用戶態(tài)進程 if (UserContext != 0) UserContext-memory = Malloc(size); /為核心態(tài)進程 else goto fail;

40、/內(nèi)存為空 if (0 = UserContext-memory) goto fail; memset(UserContext-memory, 0, size); UserContext-size = size; /以下為用戶態(tài)進程創(chuàng)建 LDT(段描述符表) /新建一個 LDT 描述符 UserContext-ldtDescriptor = Allocate_Segment_Descriptor(); if (0 = UserContext-ldtDescriptor) goto fail; /初始化段描述符 Init_LDT_Descriptor(UserContext-ldtDescrip

41、tor, UserContext-ldt, NUM_USER_LDT_ENTRIES); /新建一個 LDT 選擇子 UserContext-ldtSelector = Selector(KERNEL_PRIVILEGE, true, Get_Descriptor_Index(UserContext-ldtDescriptor); /新建一個文本段描述符 Init_Code_Segment_Descriptor( &UserContext-ldt0, (ulong_t) UserContext-memory, size / PAGE_SIZE, USER_PRIVILEGE );桂林電

42、子科技大學綜合設計說明書用紙 第 17 頁 /新建一個數(shù)據(jù)段 Init_Data_Segment_Descriptor( &UserContext-ldt1, (ulong_t) UserContext-memory, size / PAGE_SIZE, USER_PRIVILEGE ); /新建數(shù)據(jù)段和文本段選擇子 UserContext-csSelector = Selector(USER_PRIVILEGE, false, 0); UserContext-dsSelector = Selector(USER_PRIVILEGE, false, 1); /將引用數(shù)清 0 UserC

43、ontext-refCount = 0; return UserContext;fail: if (UserContext != 0) if (UserContext-memory != 0) Free(UserContext-memory); Free(UserContext); return 0;-/摧毀用戶上下文void Destroy_User_Context(struct User_Context* userContext) /TODO(Destroy a User_Context);/ KASSERT(userContext-refCount = 0);/* Free the co

44、ntexts LDT descriptor */ Free_Segment_Descriptor(userContext-ldtDescriptor);/* Free the contexts memory */ Disable_Interrupts();/ Free(userContext-memory);/ Free(userContext);/ Enable_Interrupts(); /釋放占用的 LDT Free_Segment_Descriptor(userContext-ldtDescriptor); userContext-ldtDescriptor=0; /釋放內(nèi)存空間 Fr

45、ee(userContext-memory); userContext-memory=0; /釋放 userContext 本身占用的內(nèi)存 Free(userContext); userContext=0;桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 18 頁 -int Load_User_Program(char *exeFileData, ulong_t exeFileLength,struct Exe_Format *exeFormat, const char *command, struct User_Context *pUserContext) /TODO(Load a user exec

46、utable into a user memory space using segmentation); int i; ulong_t maxva = 0;/要分配的最大內(nèi)存空間 unsigned numArgs;/進程數(shù)目 ulong_t argBlockSize;/參數(shù)塊的大小 ulong_t size, argBlockAddr;/參數(shù)塊地址 struct User_Context *userContext = 0; /計算用戶態(tài)進程所需的最大內(nèi)存空間 for (i = 0; i numSegments; +i) /elf.h struct Exe_Segment *segment =

47、&exeFormat-segmentListi; ulong_t topva = segment-startAddress + segment-sizeInMemory; /* FIXME: range check */ if (topva maxva) maxva = topva; Get_Argument_Block_Size(command, &numArgs, &argBlockSize);/獲取參數(shù)塊信息 size = Round_Up_To_Page(maxva) + DEFAULT_USER_STACK_SIZE;/用戶進程大小=參數(shù)塊總大小 + 進程堆棧

48、大小(8192) argBlockAddr = size; size += argBlockSize; userContext = Create_User_Context(size);/按相應大小創(chuàng)建一個進程 if (userContext = 0)/如果為核心態(tài)進程 return -1; for (i = 0; i numSegments; +i) struct Exe_Segment *segment = &exeFormat-segmentListi; /根據(jù)段信息將用戶程序中的各段內(nèi)容復制到分配的用戶內(nèi)存空間 memcpy(userContext-memory + segmen

49、t-startAddress, exeFileData + segment-offsetInFile,segment-lengthInFile); /格式化參數(shù)塊 Format_Argument_Block(userContext-memory + argBlockAddr, numArgs, argBlockAddr, command); /初始化數(shù)據(jù)段，堆棧段及代碼段信息 userContext-entryAddr = exeFormat-entryAddr; userContext-argBlockAddr = argBlockAddr; userContext-stackPointer

50、Addr = argBlockAddr; /將初始化完畢的 User_Context 賦給*pUserContext *pUserContext = userContext; return 0;/成功-/將用戶態(tài)的進程復制到內(nèi)核緩沖區(qū)bool Copy_From_User(void* destInKernel, ulong_t srcInUser, ulong_t bufSize)桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 19 頁 /TODO(Copy memory from user buffer to kernel buffer); struct User_Context * UserCon

51、text = g_currentThread-userContext; /-: check if memory if validated if (!Validate_User_Memory(UserContext,srcInUser, bufSize) return false; /-:user-kernel memcpy(destInKernel, UserContext-memory + srcInUser, bufSize); return true;-/將內(nèi)核態(tài)的進程復制到用戶態(tài)bool Copy_To_User(ulong_t destInUser, void* srcInKerne

52、l, ulong_t bufSize) /TODO(Copy memory from kernel buffer to user buffer) struct User_Context * UserContext = g_currentThread-userContext; /-: check if memory if validated if (!Validate_User_Memory(UserContext, destInUser, bufSize) return false; /-:kernel-user memcpy(UserContext-memory + destInUser,

53、srcInKernel, bufSize); return true;-/切換到用戶地址空間void Switch_To_Address_Space(struct User_Context *userContext) /TODO(Switch to user address space using segmentation/LDT); ushort_t ldtSelector= userContext-ldtSelector;/* Switch to the LDT of the new user context */ _asm_ _volatile_ (lldt %0:a(ldtSelect

54、or); = kthread.c =添加頭文件 #include -/創(chuàng)建一個用戶進程/*static*/ void Setup_User_Thread(struct Kernel_Thread* kthread, struct User_Context* userContext) /TODO(Create a new thread to execute in user mode); ulong_t eflags = EFLAGS_IF; unsigned csSelector=userContext-csSelector;/CS 選擇子 unsigned dsSelector=userCon

55、text-dsSelector;/DS 選擇子 Attach_User_Context(kthread, userContext); /初始化用戶態(tài)進程堆棧，使之看上去像剛被中斷運行一樣 /分別調(diào)用 Push 函數(shù)將以下數(shù)據(jù)壓入堆棧 Push(kthread, dsSelector); /數(shù)據(jù)選擇子 Push(kthread, userContext-stackPointerAddr); /堆棧指針 Push(kthread, eflags); /Eflags Push(kthread, csSelector); /文本選擇子桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 20 頁 Push(kthr

56、ead, userContext-entryAddr); /程序計數(shù)器 Push(kthread, 0); /錯誤代碼(0) Push(kthread, 0); /中斷號(0) /初始化通用寄存單元，將 ESI 用戶傳遞參數(shù)塊地址 Push(kthread, 0); /* eax */ Push(kthread, 0); /* ebx */ Push(kthread, 0); /* edx */ Push(kthread, 0); /* edx */ Push(kthread, userContext-argBlockAddr); /* esi */ Push(kthread, 0); /*

57、edi */ Push(kthread, 0); /* ebp */ /初始化數(shù)據(jù)段寄存單元 Push(kthread, dsSelector); /* ds */ Push(kthread, dsSelector); /* es */ Push(kthread, dsSelector); /* fs */ Push(kthread, dsSelector); /* gs */ /開始用戶進程struct Kernel_Thread* Start_User_Thread(struct User_Context* userContext, bool detached) /TODO(Start u

58、ser thread); struct Kernel_Thread* kthread = Create_Thread(PRIORITY_USER, detached); /為用戶態(tài)進程 if (kthread != 0) Setup_User_Thread(kthread, userContext); Make_Runnable_Atomic(kthread); return kthread; = syscall.c =/需在此文件別的函數(shù)前增加一個函數(shù)，函數(shù)名為 Copy_User_String，它被函數(shù) Sys_PrintString 調(diào)用，具體實現(xiàn)如下：static int Copy_U

59、ser_String(ulong_t uaddr, ulong_t len, ulong_t maxLen, char *pStr) int rc = 0; char *str; /超過最大長度 if (len maxLen) return EINVALID; /為字符串分配空間 str = (char*) Malloc(len+1); if (0 = str) rc = ENOMEM;桂林電子科技大學綜合設計說明書用紙 第 21 頁 goto fail; /從用戶空間中復制數(shù)據(jù) if (!Copy_From_User(str, uaddr, len) rc = EINVALID; Free(

60、str); goto fail; strlen = 0; /成功 *pStr = str;fail: return rc;-static int Sys_Exit(struct Interrupt_State* state) /TODO(Exit system call); Exit(state-ebx);-static int Sys_PrintString(struct Interrupt_State* state) /TODO(PrintString system call); int rc = 0;/返回值 uint_t length = state-ecx;/字符串長度 uchar_t* buf = 0; if (length 0) /* Copy string into kernel. 將字符串復制到內(nèi)核*/ if (rc = Copy_User_String(st