操作系統(tǒng)課程設計-- geekos操作系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

1、<p><b>　　《操作系統(tǒng)》</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題 目： Geekos操作系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) </p><p>　　學 院： 計算機科學與工程學院 </p><p

2、>　　專 業(yè)： 信息安全 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p&g

3、t;<p>　　2013年 03 月 20日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 實驗目的 ..................................................................3</p><p>　　2 項目設計要求...............

4、.............................................3</p><p>　　3 如何建立開發(fā)環(huán)境.....................................................4</p><p>　　4 項目設計原理........................................................

5、.....5</p><p>　　5 項目設計的具體實現(xiàn)..................................................9</p><p>　　6 系統(tǒng)編譯運行的原理及結果.......................................19</p><p>　　7 遇到問題及解決方法.................

6、.................................21</p><p>　　8 課程設計總結.............................................................22</p><p><b>　　1 實驗目的 </b></p><p>　　操作系統(tǒng)的課程設計非常又必要，可以使我

7、們通過實驗，更加深入得理解和掌握操作系統(tǒng)的基本理論和功能技術，將相對抽象的理論應用于實踐，提高分析問題和解決問題的能力，提高編寫和開發(fā)系統(tǒng)程序的能力。 此次課程設計，通過搭建Linux實驗平臺，對專門為操作系統(tǒng)課程教學而設計的操作系統(tǒng)——GeekOS的項目代碼的補充和完善，從淺到深，由表面到內涵地去理解操作系統(tǒng)的設計思想，理解操作系統(tǒng)內核工作的基本原理。在完成項目的過程中，通過動手操作，使得我們能夠在動手查閱資料、思考排難等探索性活動中

8、進一步理解操作系統(tǒng)的抽象概念，并進一步理解操作系統(tǒng)復雜的結構和工作原理。以下是各個項目的主要目的：</p><p>　　項目0：熟悉GeekOS的項目編譯、調試和運行環(huán)境，掌握GeekOS運行工作過程。</p><p>　　項目1：熟悉ELF文件格式，了解GeekOS系統(tǒng)如何將ELF格式的用戶可執(zhí)行程序裝入到內存，建立內核進程并運行的實現(xiàn)技術。</p><p>　　

9、項目2: 擴充GeekOS操作系統(tǒng)內核, 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。</p><p><b>　　2 項目設計要求</b></p><p>　　2.1 Project0</p><p>　　搭建GeekOS的編譯和調試平臺，掌握GeekOS的內核進程工作原理。</p><p>　　熟悉鍵盤操作函數(shù)，編程

10、實現(xiàn)一個內核進程。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，結束進程的運行。</p><p>　　2.2 Project1</p><p>　　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)據段等信息），并填充Exe

11、_Format數(shù)據結構中的域值。</p><p>　　在Linux環(huán)境下編譯系統(tǒng)得到GeekOS鏡像文件。</p><p>　　編寫一個相應的bochs配置文件。</p><p>　　在bochs中運行GeekOS系統(tǒng)顯示結果。</p><p>　　2.3 Project2：要求用戶對以下幾個文件進行修改：</p><p&

12、gt;　　“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；</p><p>　　“src/GeekOS/user.c”文件中的函數(shù)Switch_To_User_Context（），調度程序在執(zhí)行一個新的進程前調用該函數(shù)以切換用戶地址空間；</p><p>　　“src/GeekOS/elf.c”文件中的函數(shù)Parse_ELF_Executa

13、ble（）。該函數(shù)的實現(xiàn)要求和項目1相同。</p><p>　　“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)。</p><p>　　“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)

14、的功能是為進程初始化內核堆棧，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。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。</p><p>　　“src/GeekOS/kthread.c”文件中主要是實現(xiàn)用戶程序要求內核進行服務的一些系統(tǒng)調用函數(shù)定義。要求用戶實現(xiàn)的有Sys_Exit（）函數(shù)、Sys_PrintString（）函數(shù)、Sy

15、s_GetKey（）、Sys_SetAttr（）、Sys_GetCursor（）、Sys_PutCursor（）、Sys_Spawn（）函數(shù)、Sys_Wait（）函數(shù)和Sys_GetPID( )函數(shù)。</p><p>　　在main.c文件中改寫生成第一個用戶態(tài)進程的函數(shù)調用：Spawn_Init_Process(void) 。</p><p><b>　　3 開發(fā)環(huán)境的建立&l

16、t;/b></p><p>　　3.1 開發(fā)環(huán)境的介紹</p><p>　?。?） Geekos是一個基于X86架構的PC機上運行的微操作系統(tǒng)內核，由美國馬理蘭大學的教師開發(fā)，是一個用C語言開發(fā)的操作系統(tǒng)，GeekOS主要用于操作系統(tǒng)課程設計，目的是使學生能夠實際動手參與到一個操作系統(tǒng)的開發(fā)工作中。學生可以在Linux或Unix環(huán)境下對其進行功能擴充，也可以在windows下使用Cy

17、gwin工具進行開發(fā)，其主要特點是：簡單、實用、易懂，便于學生們理解操作系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)過程。出于教學目的，這個系統(tǒng)內核設計簡單，卻又兼?zhèn)鋵嵱眯?，它可以運行在真正的X86 PC硬件平臺。</p><p>　?。?）VMware Workstation</p><p>　　VMware Workstation 是一款功能強大的桌面虛擬計算機軟件，提供用戶可在單一的桌面上同時運行不同的操作

18、系統(tǒng)，和進行開發(fā)、測試 、部署新的應用程序的最佳解決方案。它可以使你在一臺機器上同時運行二個或更多Windows、DOS、LINUX系統(tǒng)。與“多啟動”系統(tǒng)相比，VMWare采用了完全不同的概念。多啟動系統(tǒng)在一個時刻只能運行一個系統(tǒng)，在系統(tǒng)切換時需要重新啟動機器。VMWare是真正“同時”運行，多個操作系統(tǒng)在主系統(tǒng)的平臺上，就象標準Windows應用程序那樣切換。而且每個操作系統(tǒng)你都可以進行虛擬的分區(qū)、配置而不影響真實硬盤的數(shù)據，你甚至可

19、以通過網卡將幾臺虛擬機用網卡連接為一個局域網，極其方便。安裝在VMware操作系統(tǒng)性能上比直接安裝在硬盤上的系統(tǒng)低不少，因此，比較適合學習和測試。</p><p>　?。?）Bochs PC 模擬器 </p><p>　　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，Bochs仿真

20、器其實質就是一臺虛擬PC機，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。目前， Bochs 可以模擬 386, 486, Pentium Pro 或者 AMD64 CPU 。Bochs 的模擬環(huán)境中也可以運行大部分的操作系統(tǒng)，包括 Linux, Windows 95, DOS, Windows NT 4, FreeBSD, MINIX 等。</p>

21、<p>　　3.2開發(fā)環(huán)境的構建</p><p>　　（1）下載并安裝VMware虛擬機；</p><p>　　（2）在VMware虛擬機上安裝CentOS版本的linux操作系統(tǒng)。</p><p>　?。?）在VMware虛擬機上的linux環(huán)境下對GeekOS源文件進行編譯和鏈接，編譯成功后生成fd.img軟盤映射文件和hd.img硬盤映射文件；&l

22、t;/p><p>　?。?）下載并安裝系統(tǒng)仿真工具Bochs；</p><p>　　（5）在終端打開bochs-2.3-pre3$ ./configure 配置bochs的文件</p><p>　?。?）make 工具</p><p>　　無論是在Linux還是在UNIX環(huán)境中，make都是一個非常重要的系統(tǒng)開發(fā)工具。利用make工具，可以將大型

23、的開發(fā)項目分解成為多個更易于管理的模塊，對于一個包括幾百個源文件的應用程序，使用make和makefile工具就可以簡潔明快地理順各個源文件之間紛繁復雜的相互關系。 make能夠按照規(guī)則自動完成編譯工作，并且可以只對程序員在上次編譯后修改過的文件進行編譯，減少重復編譯的工作量。 它就是字符操作方式下的項目管理工具。</p><p>　　bochs-2.3-pre3$ make</p><p&g

24、t;　　bochs-2.3-pre3$ make install</p><p>　　（7）配置Bochs環(huán)境配置文件Bochsrc.txt：</p><p>　　vgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latest</p><p>　　romimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, ad

25、dress=0xf0000</p><p><b>　　megs: a</b></p><p><b>　　boot: c</b></p><p>　　floppya: 1_44=fd.img, status=inserted</p><p>　　#floppya: 1_44=fd_aug.img,

26、 status=inserted</p><p>　　log: ./bochs.out</p><p>　　keyboard_serial_delay: 200</p><p>　　floppy_command_delay: 500</p><p>　　vga_update_interval: 300000</p><p&

27、gt;　　ips: 1000000</p><p>　　mouse: enabled=0</p><p>　　private_colormap: enabled=0</p><p>　　i440fxsupport: enabled=0</p><p>　?。?）啟動Boch環(huán)境，在提示的出現(xiàn)GeekOS的歡迎界面。</p>&

28、lt;p>　?。?）GeekOS系統(tǒng)編譯和仿真成功。</p><p><b>　　4項目設計原理</b></p><p>　　4.1 Project0</p><p>　　利用bochs模擬計算機執(zhí)行一個操作系統(tǒng)軟件。其中BIOS-bochs-lastest文件模擬bochs硬件的BIOS。VGABIOS-lgpl-lastest文件模擬

29、bochs顯示系統(tǒng)的BIOS。bochsrc.txt描述模擬器硬件配置的配置。利用GeekOS提供的鍵盤處理函數(shù)keyboard.h與keyboard.c等進行鍵盤常用功能的模擬。</p><p>　　其中，在keyboard.c里面提供了一個功用函數(shù)Keycode Wait_For_Key(void),循環(huán)等待一個鍵盤事件,然后返回一個16位的數(shù)據 Keycode型的, 在keyboard.h里定義了所有的鍵盤

30、代碼。Read_Key(Keycode* keycode)函數(shù)可以處理隊列鍵盤按鍵,可以保存到隊列中并輸出。</p><p>　　4.2 Project1</p><p>　　ELF（Executable and linking format）文件是UNIX系統(tǒng)實驗室作為應用程序二進制接口而開發(fā)的可執(zhí)行文件，是x86 Linux系統(tǒng)下的一種常用目標文件(object file)格式。ELF

31、文件格式如下表1。</p><p>　　表1 ELF目標文件格式</p><p>　　ELF文件在磁盤中的映象和在內存中的執(zhí)行程序鏡像的對應關系如下圖：</p><p>　　圖1 ELF文件和內存中的可執(zhí)行文件鏡像</p><p>　　內核進程的創(chuàng)建流程如下圖：</p><p>　　圖2 內核進程流程圖</

32、p><p>　　Parse_ELF_Excutable函數(shù)的定義為：</p><p>　　int Parse_ELF_Executable(char *exeFileData，ulong_t exeFileLength，truct Exe_Format *exeFormat)</p><p>　　參數(shù)：exeFileData——已裝入內存的可執(zhí)行文件所占用空間的起始地址

33、</p><p>　　exeFileLength——可執(zhí)行文件長度</p><p>　　exeFormat——保存分析得到的elf文件信息的結構體指針根據ELF文件格式，用戶可以從exeFileData指向的內容中得到ELF文件頭，繼續(xù)分析可以得到程序頭，程序代碼段等信息。</p><p>　　4.3 Project2</p><p>　　G

34、eekos進程狀態(tài)及轉化：</p><p>　　圖3 GeekOS進程狀態(tài)轉換</p><p>　　GeekOS系統(tǒng)最早創(chuàng)建的內核進程有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)最后還調用Start_Kernel_Thread 函數(shù)創(chuàng)建了兩個系統(tǒng)進程Idle和Reape

35、r。 所以，Idle、Reaper和Main三個進程是系統(tǒng)中最早存在的進程。</p><p>　　在GeekOS中為了區(qū)分用戶態(tài)進程和內核進程，在Kernel_Thread結構體中設置了一個字段 userContext，指向用戶態(tài)進程上下文。對于內核進程來說，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核進程還是用戶態(tài)進程，只要通過user

36、Context字段是否為空來判斷就可以了。 </p><p>　　每個用戶態(tài)進程都擁有屬于自己的內存段空間，如：代碼段、數(shù)據段、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，Global Descriptor Table），用于記錄了系統(tǒng)中

37、所有進程的ldt描述符。</p><p>　　圖5 GDT、LDT和User_Context的關系</p><p>　　用戶態(tài)進程創(chuàng)建LDT的步驟：</p><p>　　(1)調用函數(shù)Allocate_Segment_Descriptor()新建一個LDT描述符；</p><p>　　(2)調用函數(shù)Selector()新建一個LDT選擇子；

38、</p><p>　　(3)調用函數(shù)Init_Code_Segment_Descriptor()新建一個文本段描述符；</p><p>　　(4)調用函數(shù)Init_Data_Segment_Descriptor()新建一個數(shù)據段；</p><p>　　(5)調用函數(shù)Selector（）新建一個數(shù)據段選擇子；</p><p>　　(6)調用函數(shù)

39、Selector（）新建一個文本（可執(zhí)行代碼）段選擇子。</p><p>　　用戶態(tài)進程創(chuàng)建流程：</p><p>　　5 項目設計的具體實現(xiàn)</p><p>　　5.1 Project0項目的具體實現(xiàn)</p><p>　　一、 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C

40、trl+D就退出。</p><p>　　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(!( (keycode &a

41、mp; KEY_SPECIAL_FLAG) || (keycode & KEY_RELEASE_FLAG)) ) { //只處理非特殊按鍵的按下事件 int asciiCode = keycode & 0xff; //低8位為Ascii碼 if( (keycode & KEY_CTRL_FLAG)=

42、=KEY_CTRL_FLAG && asciiCode=='d') {//按下Ctrl鍵 Print("\n---------BYE!--------\n"); </p><p>　　void Main(struct Boot_Info* bootInfo){ .........

43、..</p><p>　　//TODO("Start a kernel thread to echo pressed keys and print counts"); struct Kernel_Thread *thread; thread = Start_Kernel_Thread(&project0,0,PRIORITY_NORMAL,false);</p&g

44、t;<p>　　............</p><p>　　}二、 編譯GeekOS項目project01. 進入geekos-0.3.0/src/project0/build目錄</p><p>　　# cd /.../geekos-0.3.0/src/project0/build2. 執(zhí)行 make depend </p><p>　　b

45、uild]# make depend</p><p>　　生成depend.mak文件3. 執(zhí)行 make build]# make成功之后在build 目錄下生成fd.img文件。三、 配置啟動Bochs1. 創(chuàng)建bochs配置文件：輸入 gedit bochsrc</p><p>　　build]# gedit bochsrc</p><p>　　注意

46、：這是在geekos-0.3.0/src/project0/build目錄下創(chuàng)建bochs的配置文件 bochsrc。2. 在編輯器中輸入以下配置內容</p><p>　　config_interface: textconfigvgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latestromimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, ad

47、dress=0xf0000megs: 8boot: afloppya: 1_44=fd.img, status=insertedlog: ./bochs.outkeyboard_serial_delay: 250keyboard_paste_delay: 100000floppy_command_delay: 500vga_update_interval: 300000ips: 1000000mouse: enab

48、led=0private_colormap: enabled=05.2 Project1項目的具體實現(xiàn)</p><p><b>　　一、 添加代碼</b></p><p>　　修改project/project1/src/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

49、件頭、程序頭，獲取可執(zhí)行文件長度，代碼段、數(shù)據段等信息），并填充Exe_Format數(shù)據結構中的域值。</p><p>　　int Parse_ELF_Executable(char *exeFileData, ulong_t exeFileLength, struct Exe_Format *exeFormat){ int i; elfHeader *head=(elfHeader*)ex

50、eFileData; programHeader *proHeader=(programHeader *)(exeFileData+head->phoff); KASSERT(exeFileData!=NULL); KASSERT(exeFileLength>head->ehsize+head->phentsize*head->phnum); KASSERT(head->ent

51、ry%4==0); exeFormat->numSegments=head->phnum; exeFormat->entryAddr=head->entry; for(i=0;i<head->phnum;i++){ exeFormat->segmentList[i].offse</p><p>　　二、 編譯GeekOS項目project1<

52、;/p><p>　　1. 進入geekos-0.3.0/src/project1/build目錄</p><p>　　# cd /.../geekos-0.3.0/src/project1/build2. 執(zhí)行 make depend </p><p>　　build]# make depend</p><p>　　生成depend.mak文

53、件3. 執(zhí)行 make build]# make成功之后在build 目錄下生成fd.img和disk.img文件。</p><p>　　三、 配置啟動Bochs1. 創(chuàng)建bochs配置文件：輸入 gedit bochsrc</p><p>　　build]# gedit bochsrc</p><p>　　注意：這是在geekos-0.3.0/src/pr

54、oject1/build目錄下創(chuàng)建bochs的配置文件 bochsrc。2. 在編輯器中輸入以下配置內容</p><p>　　config_interface: textconfigvgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latestromimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, address=0xf0000megs: 8b

55、oot: afloppya: 1_44=fd.img, status=insertedlog: ./bochs.outkeyboard_serial_delay: 250keyboard_paste_delay: 100000floppy_command_delay: 500vga_update_interval: 300000ips: 1000000mouse: enabled=0private_colormap:

56、 enabled=0i440fxsupport: enabled=0ata0:enabled=1, ioaddr1=0x1f0,ioaddr2=0x3f0,irq=14ata0-master:type=disk,mode=flat,path=./diskc.img,</p><p>　　5.3 Project2項目的具體實現(xiàn)</p><p><b>　　1、添加代碼<

57、/b></p><p>　　================== user.c ===============</p><p>　　//產生一個進程（用戶態(tài)）</p><p>　　int Spawn(const char *program, const char *command, struct Kernel_Thread **pThread)</p&g

58、t;<p>　　{ int rc; char *exeFileData = 0; ulong_t exeFileLength; struct User_Context *userContext = 0; struct Kernel_Thread *process = 0;</p><p>　　struct Exe_Format exeFormat; if ((rc = Read_Fu

59、lly(program, (void**) &exeFileData, &exeFileLength)) != 0 ) { Print("Failed to Read File %s!\n", program); goto fail; } if((rc = Parse_ELF_Executable(exeFileData, exeFileLength, &exeFormat))

60、!= 0 ) { Print("Failed to Parse ELF File!\n"); goto fail; } if((rc = Load_User_Program(exeFileData, exeFileLength, &exeFormat, command, &userContext)) != 0) { Print("Failed to Load Us

61、er Program!\n"); goto fail; } Free(exeFileData); exeFi</p><p>　　rc = ENOMEM; return rc;fail: if (exeFileData != 0) Free(exeFileData); if (userContext != 0) Destroy_User_Context(userCon

62、text); return rc;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　-------------------------------------</p><p>　　//切換至用戶上下文</p><p>　　void Switch_To_User_Context(struct Kernel_

63、Thread* kthread, struct Interrupt_State* state)</p><p>　　{ static struct User_Context* s_currentUserContext; /* last user context used */ struct User_Context* userContext = kthread->userContext;//指向Use

64、r_Conetxt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(&

65、quot;A[%p]\n", 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) + PAGE_SIZE; //</p><p><b>　　} </b></p><p>　　=======

66、=========== elf.c ====================同 project1</p><p>　　=================== userseg.c ===================</p><p>　　//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)建一個用戶級進程上下

67、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));

68、//為用戶態(tài)進程 if (UserContext != 0) UserContext->memory = Malloc(size); //為核心態(tài)進程 else goto fail; //內存為空 if (0 == UserContext->memory) goto fail; memset(UserContex</p>

69、<p>　　--------------------------------------------</p><p><b>　　//摧毀用戶上下文</b></p><p>　　void Destroy_User_Context(struct User_Context* userContext)</p><p>　　{ /

70、/TODO("Destroy a User_Context");</p><p>　　//釋放占用的LDT Free_Segment_Descriptor(userContext->ldtDescriptor); userContext->ldtDescriptor=0; //釋放內存空間 Free(userContext->memory)

71、; userContext->memory=0; //釋放userContext本身占用的內存 Free(userContext); userContext=0;}</p><p>　　----------------------------------------------int Load_User_Program(char *exeFileData, ulong

72、_t exeFileLength,struct Exe_Format *exeFormat, const char *command, struct User_Context **pUserContext){ //TODO("Load a user executable into a user memory space using segmentation"); int i; ulong_t ma

73、xva = 0;//要分配的最大內存空間 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;</p><p>　　//計算用戶態(tài)進程所需的最大內存空間 for (i = 0; i < exeForm

74、at->numSegments; ++i) { //elf.h struct Exe_Segment *segment = &exeFormat->segmentList[i]; ulong_t topva = segment->startAddress + segment->sizeInMemory; /* FIXME: range check */ if (topva > max

75、va) 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 + 進程堆棧大小(8192) argBlockAddr = size; size

76、+= argBlockSize; userContext = Create_User_</p><p>　　----------------------------------------------</p><p>　　//將用戶態(tài)的進程復制到內核緩沖區(qū)</p><p>　　bool Copy_From_User(void* destInKernel, ulon

77、g_t srcInUser, ulong_t bufSize)</p><p>　　{ //TODO("Copy memory from user buffer to kernel buffer"); struct User_Context * UserContext = g_currentThread->userContext;</p><p>　　

78、//--: check if memory if validated if (!Validate_User_Memory(UserContext,srcInUser, bufSize)) return false;</p><p>　　//--:user->kernel memcpy(destInKernel, UserContext->memory + srcInUser, bufSize)

79、; return true;}</p><p>　　-----------------------------------------</p><p>　　//將內核態(tài)的進程復制到用戶態(tài)</p><p>　　bool Copy_To_User(ulong_t destInUser, void* srcInKernel, ulong_t bufSize)&

80、lt;/p><p>　　{ //TODO("Copy memory from kernel buffer to user buffer") struct User_Context * UserContext = g_currentThread->userContext;</p><p>　　//--: check if memory if validate

81、d if (!Validate_User_Memory(UserContext, destInUser, bufSize)) return false; //--:kernel->user memcpy(UserContext->memory + destInUser, srcInKernel, bufSize);</p><p>　　return true;}</p>

82、<p>　　----------------------------------------</p><p>　　//切換到用戶地址空間</p><p>　　void Switch_To_Address_Space(struct User_Context *userContext){ //TODO("Switch to user address space u

83、sing segmentation/LDT"); ushort_t ldtSelector= userContext->ldtSelector;/* Switch to the LDT of the new user context */ __asm__ __volatile__ ("lldt %0"::"a"(ldtSelector));</p><p&g

84、t;<b>　　}</b></p><p>　　================= kthread.c ===============</p><p>　　添加頭文件 #include <geekos/user.h></p><p>　　----------------------------------</p>&l

85、t;p>　　//創(chuàng)建一個用戶進程</p><p>　　/*static*/ void Setup_User_Thread(struct Kernel_Thread* kthread, struct User_Context* userContext){ //TODO("Create a new thread to execute in user mode"); ulong

86、_t eflags = EFLAGS_IF; unsigned csSelector=userContext->csSelector;//CS選擇子 unsigned dsSelector=userContext->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 //

87、分別調用Push函數(shù)將以下數(shù)據壓入堆棧 Push(kthread, dsSelector); //數(shù)據選擇子 Push(kthread, userContext->stackP</p><p>　　//開始用戶進程struct Kernel_Thread* Start_User_Thread(struct User_Context* userCo

88、ntext, bool detached){ //TODO("Start user 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_Ru

89、nnable_Atomic(kthread); } return kthread;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　================ syscall.c =================</p><p>　　//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)

90、Sys_PrintString調用，具體實現(xiàn)如下：static int Copy_User_String(ulong_t uaddr, ulong_t len, ulong_t maxLen, char **pStr){ int rc = 0; char *str; if (len > maxLen){ //超過最大長度 return EINVALID; } str =

91、(char*) Malloc(len+1); //為字符串分配空間 if (0 == str){ rc = ENOMEM; goto fail; } if (!Copy_From_User(str, uaddr, len)){ //從用戶空間中復制數(shù)據 rc = EINVALID; Free(str); goto fail;

92、 } str[len] = '</p><p>　　-----------------------------------------</p><p>　　static int Sys_Exit(struct Interrupt_State* state){ //TODO("Exit system call"); Exit(state->

93、ebx);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　-----------------------------------------</p><p>　　static int Sys_PrintString(struct Interrupt_State* state){ //TODO("PrintStri

94、ng 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. 將字符串復制到內核*/ if ((rc = Copy_User_String(state->ebx, length, 1023, (

95、char**) &buf)) != 0) goto done;/* Write to console. 將字符串打印到屏幕 */ Put_Buf(buf, length); }done: if (buf != 0) Free(buf); return rc;}</p><p>　　----------------------------------------------

96、</p><p>　　static int Sys_GetKey(struct Interrupt_State* state){ //TODO("GetKey system call"); return Wait_For_Key(); //返回按鍵碼keyboard.c/Wait_For_Key()</p><p><b>　　}</b>

97、</p><p>　　---------------------------------------------static int Sys_SetAttr(struct Interrupt_State* state){ //TODO("SetAttr system call"); Set_Current_Attr((uchar_t) state->ebx); return

98、 0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　---------------------------------------------</p><p>　　static int Sys_GetCursor(struct Interrupt_State* state){ //TODO("GetCursor

99、 system call"); int row, col; Get_Cursor(&row, &col); if (!Copy_To_User(state->ebx, &row, sizeof(int)) ||!Copy_To_User(state->ecx, &col, sizeof(int))) return -1; return 0;</p><

100、p><b>　　}</b></p><p>　　-----------------------------------------------</p><p>　　static int Sys_PutCursor(struct Interrupt_State* state){ //TODO("PutCursor system call"

101、;); return Put_Cursor(state->ebx, state->ecx) ? 0 : -1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　-----------------------------------------------static int Sys_Spawn(struct Interrupt_State*

102、 state){ //TODO("Spawn system call"); int rc; //函數(shù)返回值 char *program = 0; //進程名稱 char *command = 0; //用戶命令 struct Kernel_Thread *process;/* Copy program name and comma

103、nd from user space. */ if ((rc = Copy_User_String(state->ebx, state->ecx, VFS_MAX_PATH_LEN, &program)) != 0) {//從用戶空間復制進程名稱 goto fail; } if(rc = Copy_User_String(state->edx, state->esi, 1023, </p

104、><p>　　Enable_Interrupts(); //開中斷 rc = Spawn(program, command, &process);//得到進程名稱和用戶命令后便可生成一個新進程 if (rc == 0) {//若成功則返回新進程ID號 KASSERT(process != 0); rc = process->pid; } Disable_Interrupts();//關

105、中斷fail://返回小于0的錯誤代碼 if (program != 0) Free(program); if (command != 0) Free(command); return rc;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　-----------------------------------------static i

106、nt Sys_Wait(struct Interrupt_State* state){ //TODO("Wait system call"); int exitCode; struct Kernel_Thread *kthread = Lookup_Thread(state->ebx); if (kthread == 0) return -12; Enable_Interrupts(); e

107、xitCode = Join(kthread); Disable_Interrupts(); return exitCode;}</p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　static int Sys_GetPID(struct Interrupt_State* state){ //TODO(&qu

108、ot;GetPID system call"); return g_currentThread->pid;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　================= main.c ==================static void Spawn_Init_Process(void){ //TODO