Linux 系统调用实现机制实验报告-内核安装详解

Linux系统调用实现机制实验报告

实验目的：

熟悉Linux系统调用过程，掌握系统调用的基本原理并在实验中实现系统调用的添加。

实验所需软件：

实验平台：VMware WorkStation；

系统环境：Red Hat Linux9.0；

传输工具：Ftp server(Serv USetup);

实验过程：

一、实验环境的搭建

(一)在Window下安装虚拟机VMware WorkStation；

(二)在虚拟机上安装Red Hat 9.0系统；

(三)在Window下安装Ftp Server，实现Linux与windows文件共享。

1. Ftp服务器的配置

打开Ftp Server，在[管理控制台]中选择[新建域]，系统会弹出配置域向导的对话框，这里按要求填入相应信息，即可配置成功一个ftp服务器。步骤1要求用户填入域的[名称]和[说明]，[名称]必须填写，[说明]可以不填。例如：在名称中输入[Linux实验]，选择[下一步]，便进入到域向导的步骤2。

步骤2是服务器访问协议和端口的配置，默认即可，点击[下一步]进入步骤3。步骤3是IP地址的配置，输入Windows主机的IP地址（202.112.147.176）。

确认无误后，点击[完成]。接下来要做的就是为域添加用户，根据添加用户向导，逐个填写[用户名]，[密码]，[根目录（即共享的文件目录）]以及[访问权限]。本次实验的配置为：tml(用户名),密码为空，E：\安全操作系统\实验材料（存放config-2.4.18forMP.txt和linux-2.4.18.tar.gz的目录），完全访问（访问权限）。到此，服务器的配置已经完成。

2. 在Linux下访问服务器，并下载文件

启动VMware中的Red Hat9.0系统，打开终端控制台，进入到/home/tml 目录下（接下来就是要把Ftp服务器的共享文件下载到此目录下）。

1) 通过命令ifconfig 设置虚拟机IP 地址，具体为在命令行中输入：ifconfig eth0 202.112.147.175（与服务器同一个段）；

2) 接下来便可访问ftp服务器，在linux命令行下输入：ftp

202.112.147.176；

3) 服务器询问你用户名和口令，分别输入tml（密码为空）待认证通过即可；

用get命令下载文件，get config-2.4.18forMP.txt config-2.4.18forMP.txt （下载文件config-2.4.18 for MP.txt到/home/tml目录），get

linux-2.4.18.tar.gz linux-2.4.18.tar.gz 。

以上完成了通过FTP服务器实现Windows与Linux系统资源共享的工作，在Linux系统下获得了实验必备的原材料Linux-2.4.18.tar.gz和

config-2.4.18forMP.txt，只是完成的实验的第一步。

二、Linux内核编译、配置与调试

以下的实验步骤都是在VMware WorkStation 虚拟机和Red Hat Linux V9.0 系统操作环境中进行。

1. 内核配置与编译

1) 使用命令tar zxf 解压缩Linux 内核源代码压缩文件

linux-2.4.18.tar.gz ，并将解压缩后生成的目录linux 拷贝一份，并重新命名为linux-2.4.18（放在/home目录下）。

2) 在/home目录下，利用命令mv /tml/config-2.4.18 forMP.txt

/linux-2.4.18/.config 将位于Linux 内核源代码顶层目录的Linux内核缺省配置文件.config 替换为实验用内核配置文件。

3) 进入Linux 内核源代码顶层目录linux-2.4.18，运行如下命令序列配置和编译Linux 系统内核及其模块：

2. 内核安装与测试

为使虚拟机系统基于上面生成的Linux 内核启动，需要做一下几件事：将Linux 内核映像文件bzImage（根文件系统）；将系统映射文件System.map 拷贝和安装到启动分区及目录/boot 下；同时，应在系统启动加载程序GRUB配置文件中添加关于该内核的启动配置项。

注意：本步骤要求用户身份为超级管理员即根用户root，具体的操作如下：

1) 将目录/home/linux-2.4.18/arch/i386/boot/下的映像文件拷贝到

/boot目录下，即在linux-2.4.18目录下执行命令：

2) 拷贝和安装Linux 系统映射文件System.map，并创建其与系统映射文件System.map 之间的符号链接，在boot目录下执行以下命令：

3) 修改系统启动加载程序配置文件grub.conf，在目录/boot/grub/下。在配置文件中添加关于Linux2.4.18内核的启动配置项：

4) 在Linux2.4.18目录下执行命令make modules_install ，安装可动态加载的内核模块。安装的内容位于/lib/modules/2.4.18 目录下。

5) 执行命令reboot 重启系统，并便可以选择自制Linux 内核系统（如下图）。

6) 接下来，便可执行命令dmesg 查看启动过程输出信息，详细内容参见附录一。

三、Linux系统调用添加与实现

1. 内核增加系统调用

1) 根据题目要求，要在系统中增加一条系统调用，其作用是获取特定进程标识符PID 所对应的资源使用情况，包括用户态或内核态的执行时间（以秒和微秒为单位）、无需或需要物理输入输出操作的页面错误次数、进程置换出内存的次数等。

2) 此系统调用是Linux 内核系统调用getrusage()的一个变种，所以在添加之前先阅读和分析getrusage()及sys_getrusage()相关源代码，在目录

/home/linux-2.4.18/linux/kernel下的sys.c文件中，详细见附录二。

3) 题目为我们提供好了新添加系统调用的名称get_process_usage，其函数原型为：

4) 根据题目条件，结构体struct tml_rusage的可定义为：.

2. 分析getrusage()和sys_getrusage()的源代码

1) 函数getrusage()的作用是获取系统资源使用情况。

2) 数据结构rusage 在头文件 resource.h中定义，详见附录三。

3) sys_getrusage()只是调用了内核函数getrusage()，是内核提供给用户的接口。

3. 新增系统调用并编写应用程序调用该系统

1) 定义数据结构tml_rusage，定义在目录/home/linux-2.4.18/ include/linux的resource.h中。

2) 在添加sys.c中添加函数get_process_usage()和系统调用函数

sys_get_process_usage()的代码；

3) 连接新的系统调用添加新的系统调用后，下一个任务是使Linux内核的其余部分知道该程序的存在。为了从已有的内核程序中增加到新的函数的连接，需要编辑两个文件。第一个要修改的文件是/home/linux-2.4.18/

include/asm-i386/unistd.h，该文件中包含了系统调用清单，用来给每个系统调用分配一个唯一的号码。应该将新的系统调用名称加到清单的最后，并给它分配号码序列中下一个可用的系统调用号。

第二个要修改的文件是：

/home/linux-2.4.18/arch/i386/kernel/entry.S，该文件中有类似[.long

SYMBOL_NAME()]的清单, 该清单用来对sys_call_table[]数组进行初始化,该数组包含指向内核中每个系统调用的指针。我们在清单最后添加一行：

4) 重建新的Linux内核,步骤和之前的“二、内核编译、配置与调试”相同。

5) 编写应用程序get_process_usag.c调用该系统调用

sys_get_process_usage()。

6) 编译应用程序get_process_usage.c。

7) 执行应用程序gpu。

四、实验的结果及分析

经过样例测试，实验满足题目要求:正确获取特定进程标识符PID 所对应的资源使用情况，包括用户态或内核态的执行时间（以秒和微秒为单位）、无需或需要物理输入输出操作的页面错误次数、进程置换出内存的次数等。