系统调用(精)
week10_Lab1_Nachos系统调用
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Nachos 系统调用实验
week 10
目录
系统调用概述 时间安排 时间安排 实验要求
系统调用概述1/6
• 系统调用的概念 系统调用的
o 将一些同硬件或者和操作系统功能有密切联系的一部分常用指 将一些同硬件或者和操作系统功能有密切联系的一部分常用指 令序列抽取出来，使它们成为操作系统本身的一部分，这就是 令序列抽取出来，使它们成为操作系统本身的一部分， 所谓的系统调用 所谓的系统调用
系统调用概述 系统调用概述4/6
• 以Halt系统调用为例进行分析： Halt系统调用为例进行分析 系统调用为例进行分析：
• 在Nachos中，系统调用的其它异常陷入的入口处理函数都是 Nachos中 系统调用的 ExceptionHandler函数 只是陷入的类型为SyscallException。 ExceptionHandler函数，只是陷入的类型为SyscallException。 函数， test目录下的 目录下的start.s模块中描述了具体的系统调用 模块中描述了具体的系统调用过程 在test目录下的start.s模块中描述了具体的系统调用过程
/code/userprog/syscall.h #define SC_Write 8
int Write(char *buffer, int size, OpenFileId id);
execution starts from here
/code/userprog/
……
}
/code/test/start.s
系统调用概述 系统调用概述6/6
• Halt系统调用是没有参数的，对于有参数的系统调用， Halt系统调用是没有参数的，对于有参数的系统调用， 系统调用是没有参数的 MIPS编译决定了参数传递的以下 MIPS编译决定了参数传递的以下规则 编译决定了参数传递的以下规则 参数1 参数1： 参数2 参数2： 参数3 参数3： 参数4 参数4： r4寄存器 r4寄存器 r5寄存器 r5寄存器 r6寄存器 r6寄存器 r7寄存器 r7寄存器
什么是系统调用
xx年xx月xx日
目录
• 系统调用的定义和作用 • 系统调用的基本类别 • 系统调用的实现方式 • 系统调用的优缺点 • 系统调用技术的发展趋势
01
系统调用的定义和作用
什么是系统调用
系统调用是一种API，它允许应 用程序访问操作系统提供的核
心服务。
系统调用是操作系统提供给应 用程序的接口，用于实现操作
系统调用技术的应用前景
云计算
在云计算中，通过系统调用技术可以实现高效的资源管理 和调度。
物联网
在物联网中，系统调用技术可以用于实现各种设备的远程 管理和控制。
人工智能
人工智能需要大量的计算和存储资源，系统调用技术可以 用于实现高效的资源调度和管理。
安全领域
在安全领域，系统调用技术可以用于实现更加严格的安全 策略和防护机制，保障系统的安全性和可靠性。
系统调用可以实现获取系统时间、获取系统 负载、获取磁盘空间等操作，从而方便用户 对系统状态进行监控和管理。
系统调用可以实现启动和关闭外部设备、对 外部设备进行读写操作等操作，从而实现对 外部设备的控制和管理。
系统调用的基本原理
系统调用使用软件中断实现，应用程序通过系统调用请求操 作系统服务，操作系统通过中断处理程序将控制权转移到内 核，内核执行相应的服务后将结果返回给应用程序，应用程 序继续执行。
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系统调用的接口
系统调用接口是操作系统提供给应用 程序使用的函数集合，用于向操作系 统请求服务。
系统调用接口通常包括文件操作、进 程控制、内存管理、网络通信等功能 的函数集合。
系统调用接口是操作系统提供的一种 标准化的服务，应用程序使用系统调 用接口来完成对系统资源的访问和管 理。
mips汇编语言指令
mips汇编语言指令MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集（RISC）架构的计算机处理器。
它的指令集被广泛应用于各种领域，包括嵌入式系统、操作系统和编译器等。
本文将介绍一些常见的MIPS汇编语言指令。
1. 加载和存储指令MIPS提供了一系列用于数据传输的指令。
其中，lw（load word）指令用于从内存中加载一个字（32位数据）到寄存器中，sw（store word）指令用于将一个字存储到内存中。
例如，lw $t0, 0($s0)表示将从地址$s0偏移量为0的内存位置加载一个字到$t0寄存器中。
2. 算术和逻辑指令MIPS提供了一系列用于算术和逻辑运算的指令。
例如，add指令用于将两个寄存器中的值相加，并将结果存储到目标寄存器中。
而and 指令用于对两个寄存器中的值进行按位与操作，并将结果存储到目标寄存器中。
例如，add $t0, $s0, $s1表示将$s0和$s1中的值相加，并将结果存储到$t0寄存器中。
3. 分支和跳转指令MIPS提供了一系列用于控制程序流程的指令。
其中，beq（branch if equal）指令用于在两个寄存器中的值相等时跳转到目标地址。
而j （jump）指令用于无条件跳转到目标地址。
例如，beq $t0, $t1, label表示如果$t0和$t1中的值相等，则跳转到标签为label的位置。
4. 移位指令MIPS提供了一系列用于移位操作的指令。
其中，sll（shift left logical）指令用于将一个寄存器中的值左移指定的位数，并将结果存储到目标寄存器中。
例如，sll $t0, $s0, 2表示将$s0中的值左移2位，并将结果存储到$t0寄存器中。
5. 系统调用指令MIPS提供了一系列用于进行系统调用的指令。
其中，syscall指令用于触发系统调用，并根据不同的系统调用号执行相应的操作。
操作系统--linux系统调用
实验报告一、理论分析（分值：20%）【从操作系统原理(理论)的角度阐述系统功能调用的过程】1、函数声明中都有asmlinkage限定词，用于通知编译器仅从栈中提取该函数的参数。
2、系统调用getXXX()在内核中被定义为sys_getXXX()。
系统调用号：在linux中，每个系统调用都赋予一个系统调用号，通过这个独一无二的号就可以关联系统调用。
当用户空间的进程执行一个系统调用的时候，这个系统调用号就被用来指明到底要执行哪个系统调用；进程不会提及系统调用的名称。
系统调用号一旦分配就不能再有任何变更(否则编译好的应用程序就会崩溃)，如果一个系统调用被删除，它所占用的系统调用号也不允许被回收利用。
Linux 有一个"未使用"系统调用sys_ni_syscall(),它除了返回-ENOSYS外不做任何其他工作，这个错误号就是专门针对无效的系统调用而设的。
内核记录了系统调用表中所有已注册过的系统调用的列表，存储在sys_call_table中。
它与体系结构有关，一般在entry.s中定义。
这个表中为每一个有效的系统调用指定了唯一的系统调用号。
3、Makefile控制着整个内核的编译，在每个子目录下调用编译.c 文件，生成.o文件，生成新的内核。
会把新编译的sys_hello内核加入到系统调用中。
系统调用表geditsyscall_32.tbl中加入354 i386 hello sys_hello，当系统调用时可以在调用表中找到系统调用的号。
4、在syscalls.h中添加定义的内容的引用函数。
5、编译执行结果。
二、设计与实现（分值：30%）【阐述在Linux中添加系统功能调用的方法】1、在内核目录下创建hello文件夹 mkdir hello2、进入hello文件夹 cd hello3、创建hello.c的文件 vim hello.c4、加入代码#include <linux/kernel.h>asmlinkage long sys_hello(void){printk(“Hello world\n”);return 0;}5、在hello文件夹下添加Makefile文件 vim Makefile在文件里添加 obj-y := hello.o6、返回内核的根目录中，打开Makefile文件，在842行添加代码 vim Makefile 将core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/改为core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ hello/ 7、打开系统调用表 cd arch/x86/syscallsVim syscall_32.tbl在文件最后一行添加354 i386 hello sys_hello8、在调用函数名的文件中加入添加的函数cd include/linux/Vim syscalls.hasmlinkage long sys_hello(void);9、进行编译cd /usr/src/linux-3.16/sudo make menuconfigsudo make oldconfigmake -j410、安装编译好的内核sudo make modules_install installshutdown -r now重启后选择新的内核载入测试uname -r11、编写测试文件hello.c#include <stdio.h>#include <linux/kernel.h>#include <sys/syscall.h>#include <unistd.h>int main(){printf("%ld\n", syscall(354));return 0;}12、编译测试gcc -o hello.c hello./hello.outdmesg三、实验结果（分值：10%）【对实验结果进行简要分析和说明】测试文件调用系统调用号354，并且将返回结果0输出，dmesg可以将开机显示结果输出查看。
系统调用原理
系统调用原理（最新版）目录1.系统调用的概念与作用2.系统调用的分类3.系统调用的实现原理4.系统调用的应用实例5.系统调用与用户程序的关系正文一、系统调用的概念与作用系统调用（System Call）是操作系统向用户程序提供的一种申请操作系统服务的接口。
用户程序通过系统调用请求操作系统的帮助，完成文件操作、进程管理、内存管理等任务。
系统调用是操作系统与用户程序之间的桥梁，使得用户程序可以更加高效地使用操作系统的功能。
二、系统调用的分类根据系统调用的功能，可以将其分为以下几类：1.文件操作：包括创建文件、打开文件、读取文件、写入文件、关闭文件等。
2.进程管理：包括创建进程、终止进程、切换进程、获取进程信息等。
3.内存管理：包括分配内存、释放内存、复制内存等。
4.设备管理：包括设备分配、设备回收、设备操作等。
5.其他系统服务：包括获取系统时间、随机数生成等。
三、系统调用的实现原理系统调用的实现原理可以分为以下几个步骤：1.用户程序调用库函数：用户程序调用库函数，如 C 语言的标准库函数，来实现文件操作、进程管理等功能。
2.库函数调用系统调用：库函数通过调用系统调用来请求操作系统提供相应的服务。
3.操作系统处理：操作系统根据系统调用的类型，执行相应的操作，如文件操作、进程管理等。
4.返回结果：操作系统将处理结果返回给库函数。
5.库函数返回结果给用户程序：库函数将操作系统返回的结果返回给用户程序。
四、系统调用的应用实例以下是一个简单的系统调用应用实例，使用 C 语言编写，通过系统调用实现文件的创建和写入功能：```c#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main() {int fd = open("example.txt", O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY, 0644);if (fd < 0) {perror("open");return -1;}write(fd, "Hello, system call!", 25);close(fd);return 0;}```五、系统调用与用户程序的关系系统调用是操作系统为用户程序提供的一种服务接口，用户程序通过系统调用来请求操作系统的帮助，实现文件操作、进程管理等功能。
系统调用原理
系统调用原理摘要：一、系统调用简介1.系统调用的概念2.系统调用的重要性二、系统调用原理1.系统调用接口2.系统调用处理程序3.系统调用实现原理a.系统调用号b.参数传递c.返回值d.系统调用实现三、系统调用应用1.文件操作2.进程管理3.内存管理4.设备驱动四、系统调用与用户程序的关系1.用户程序调用系统调用2.系统调用将请求传递给内核3.内核处理请求并返回结果正文：一、系统调用简介系统调用是操作系统提供给用户程序的一组应用编程接口，它允许用户程序在需要时请求操作系统内核提供的服务。
系统调用为用户程序和操作系统内核之间提供了一个抽象层，使得用户程序无需关心底层的实现细节，只需通过调用相应的系统调用函数来完成所需功能。
这种设计使得用户程序和操作系统内核的开发与维护变得更加容易。
二、系统调用原理1.系统调用接口系统调用接口是用户程序与操作系统内核之间交互的桥梁，它定义了用户程序如何请求操作系统内核提供的服务。
通常，每种操作系统都有一组标准的系统调用接口，这些接口遵循一定的规范，以便用户程序能够方便地调用。
2.系统调用处理程序当用户程序调用一个系统调用时，操作系统内核会根据系统调用接口找到对应的系统调用处理程序。
系统调用处理程序负责处理用户程序的请求，并将其转换为内核可以理解和执行的指令。
3.系统调用实现原理系统调用的实现原理包括系统调用号、参数传递、返回值和系统调用实现。
a.系统调用号：每种系统调用都有一个唯一的编号，用户程序通过这个编号来请求相应的服务。
b.参数传递：用户程序调用系统调用时，需要传递所需的参数。
这些参数可以通过栈来传递，也可以通过寄存器来传递。
c.返回值：系统调用处理程序执行完成后，会返回一个结果值。
这个结果值可以通过栈来返回，也可以通过寄存器来返回。
d.系统调用实现：系统调用实现是操作系统内核中实际执行处理用户程序请求的部分。
它根据用户程序的请求执行相应的操作，如文件读写、进程创建等。
C语言系统调用详解
C语言系统调用详解在计算机编程中，C语言是一种常用的编程语言，它具备底层编程的能力，并且被广泛应用于操作系统和系统编程中。
在C语言中，系统调用是一种与操作系统交互的重要机制，它允许程序访问操作系统提供的各种服务和资源。
本文将详细介绍C语言中的系统调用，包括其概念、基本用法和常见示例。
一、概念解析系统调用是指程序通过调用操作系统提供的函数来访问操作系统功能的过程。
在C语言中，系统调用通常是以函数的形式存在，通过调用这些函数可以实现对底层资源和服务的访问。
系统调用提供了一种独立于具体硬件和操作系统的编程接口，使得程序可以在不同的操作系统和硬件平台上运行。
二、基本用法在C语言中，使用系统调用需要包含相应的头文件，并且通过函数调用来实现。
下面是一些常见的系统调用函数及其用法：1. 文件操作：a. 打开文件：使用open()函数可以打开一个文件，并返回一个文件描述符，用于后续对文件的读写操作。
b. 读取文件：使用read()函数可以从文件中读取数据，并将其存储到指定的缓冲区中。
c. 写入文件：使用write()函数可以将数据写入文件中。
d. 关闭文件：使用close()函数可以关闭已打开的文件。
2. 进程控制：a. 创建新进程：使用fork()函数可以创建一个新的进程，该新进程是父进程的副本。
b. 执行新程序：使用exec()函数族中的某个函数可以执行一个新的程序，替换当前进程的地址空间。
c. 等待子进程结束：使用wait()函数可以让父进程等待子进程的结束，并获取子进程的返回状态。
3. 网络通信：a. 创建套接字：使用socket()函数可以创建一个网络套接字，用于网络通信。
b. 绑定套接字：使用bind()函数可以将套接字与指定的IP地址和端口绑定。
c. 监听连接请求：使用listen()函数可以使套接字处于监听状态，等待其他程序的连接请求。
d. 接受连接：使用accept()函数可以接受其他程序的连接请求。
fork 系统调用和exec系统调用
fork 系统调用和exec系统调用1.fork 系统调用fork系统调用是UNIX操作系统创建新进程的唯一方法，我们称新创建的进程为子进程，而调用fork的进程称为父进程。
子进程有唯一的进程号来标识。
子进程的用户级环境是父进程用户级的一个拷贝。
其调用格式是：int fork()参数和功能说明：fork系统调用没有参数。
如果执行成功，则创建一子进程，子进程继承父进程的某些属性。
当从该系统调用返回时，系统中已有两个用户级环境完全相同的进程存在。
这两个进程从fork 调用中得到的返回值不同，其中子进程得到返回值为零，父进程得到的返回值为新创建的子进程的进程标识号。
fork系统调用非常特殊，用户有时很难理解，因为子进程好象是从天而降，在程序的中间突然开始执行。
下面以实例来说明fork的使用。
[例]该进程说明fork系统调用执行后，生成的子进程从程序中间开始执行，此外还将说明父子进程不同的返回值。
程序如下：main(){int pid;printf(“Start of fork testing\n”);pid=fork();printf(“Return of fork s uccess:pid=%d\n”,pid);}运行结果如下：Start of fork testingReturm of fork success:pid=()Return of fork success:pid=3903该程序首先输出了一行信息，然后创建一个进程，当子进程成功创建后，子进程为就绪状态。
当父、子进程都从fork系统调用返回时，父、子进程都有可能被调用。
如果子进程先被调用，则运行结果与上述相同；如果父进程先被调用，则运行结果与上述就有些不同（自己观察比较）。
另外，子进程继承了父进程的执行环境，即父进程中变量、fork语句后面的代码等。
因此它输出了“R eturn of fork success:pid=0”。
假设如果子进程先被调用，子进程执行完毕后，父进程被调用就输出了“Return of fork success:pid=3903”（这时fork的返回值就是子进程的标识号）。
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实验内容: 记录系统调用的使用次数
先将新系统调用的源代码添加到／
usr ／Linux ／
kernel ／sys.c 文件中 再通知内核的其余部分：内核增加了新的系统调用内核 函数 需要重新编辑／ usr／src／Linux／include ／asm ／unistd.h 和／ usr／src ／Linux／arch ／asm ／ kernel／entry. S 两个文件
编译新的Linux 内核，获得内核映象文件bzImage 。 启动新内核的操作系统 尝试使用新系统调用：用Linux 提供的预处理宏指 令“syscalln( )” 对该系统调用进行封装
实验说明
通过修改system_call( ) ，使得内核能够记录 每个系统调用被使用的次数 为使应用进程能够查询到这些数据，本实验要 求提供一个系统调用，应供用进程查询某个特 定系统调用被使用的次数
解决方案：处理步骤
编写系统调用的内核函数，该内核函数在内核中的 标准名称应该是在函数名前面加上“sys_” 标志 连接新的系统调用
Linux 系统调用添加
系统调用添加步骤
基本步骤
确定功能、形态
必须功能明确单一、不提倡多用途系统调用 确定参数、返回值及错误码
在系统调用表中添加一个表项
位于entry.s 的ENTRY（ sys_call_table ）
将系统调用号定义到<asm/unistd.h> 中 编译到内核映象（不能编译成模块）
ENTRY(sys_call_table) .long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) g …… .long SYMBOL NAME(sys ni syscall) /*235*/ .long SYMBOL_NAME(sys_mysyscall) .rept NR_syscalls .syscalls-(. -sys call table)/4 .long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) .endr
把实现代码放入kernel/ 下的一个相关文件
重新编译内核，启动新内核 封装系统调用例程，支持用户空间的访问
添加一个系统调用
ห้องสมุดไป่ตู้系统调用名
mysyscall
功能
调用这个mysyscall ，使用户的uid 等于0
内核中实现该系统调用的程序的名字 sys_mysyscall
改写arch/i386/kernel/entry.S 系统调用号为236
把一小段程序添加在kernel/sys.c
asmlinkage int sys_mysyscall (void) { current->uid = current >euid = current->suid =current->fsuid = 0; return 0; }
编写一段测试程序检验实验结果
在系统调用表中添加一个表项 改写/usr/include/asm/unistd.h 系统调用的编号名字__NR_mysyscall
#define __NR_llistxattr 233 #define __NR_flistxattr 234 #define __NR_removexattr 235 #define __NR_mysyscall 236 #define __NR_fremovexattr 237