天衣有缝

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9课:系统调用和可执行程序    下载源代码

 

声明:转载请保留:

译者:http://www.cppblog.com/jinglexy

原作者:xiaoming.mo at skelix dot org

MSN & Email: jinglexy at yahoo dot com dot cn

 

目标

 

这一节中,我们来实现从磁盘加载应用程序并执行它,以及给这个应用程序系统调用的能力。


系统调用


经过前面一系列的课程,我们基本上建立了一个OS的各个简单组件,确实非常简单,没有什么复杂的算法和架构。现在再来实现一个简单的shell控制,一般的shell处理流程是:getty()打印登录提示符,等待用户login,然后执行bash。这里,我当然不想实现一个shell,也不想写什么getty。这一节中,skelix将从磁盘加载一个可执行程序并执行它,就像常用的*nix OS一样。

由于slelix的虚拟内存管理部分还没有做好,所有的任务共享同一个地址空间。我们采取一个简单的方法,程序从磁盘中加载到地址0x100000,放到"/"根目录下面。

要注意的是,用户任务不能访问内核地址空间,所以一些函数如kprintf, print_c等也不能再使用了(实际上是可以的,因为我们没有实现虚拟内存管理,这里先假定不能使用它们)。大多数的操作系统都提供了一些API或系统调用来执行这些函数。现在先添加一个系统调用:

09/isr.s

sys_print:
        pushl    %esi            # 
背景颜色
        pushl    %edi            # 
前景颜色
        pushl    %ebx            # 
要打印的字符
        cli                      #
中断门会字节关掉EFLAGS IF位,系统调用却不行

        call    print_c
        sti
        addl    $12,    %esp
        ret

 

恨简单,不是吗?上面系统调用有三个参数,esi是背景颜色,edi是前景颜色,ebx是要打印的字符。这个系统调用只打印一个字符,起始就是用户程序对内核print_c函数的一个wrapper

理论上说,用户任务不能直接使用print_c函数,也不应当知道有这个函数存在。唯一的方法就是使用系统调用,以此提供给用户一个可用的接口。DOS 操作系统提供了int 0x21作为系统服务,linux 提供int 0x80系统调用,本节中模仿linuxIDT 中添加一个号码0x80 的系统调用。
现在我们只用到了IDT 中断的34项,所以其余的项都可以拿来使用,但是我们只需要0x80已足够。在IDT中建立一个386 的陷阱门就行了,陷阱门和中断门非常类似,只是E 位的类型用8替代,并且DPL 特权级设置为3

09/init.c

static void
sys_call_install(void) {
    unsigned long long sys_call_entry = 0x0000ef0000080000ULL

                             | ((unsigned long long)CODE_SEL<<16);
    sys_call_entry |= ((unsigned long long)sys_call<<32)

                             & 0xffff000000000000ULL;
    sys_call_entry |= ((unsigned long long)sys_call) & 0xffff;
    idt[SYS_CALL] = sys_call_entry;
}

SYS_CALL 值为0x80

 

现在我们来看下0x80的陷阱门处理例程:
09/isr.s

sys_call:
        cmpl    $1,        %eax
        jb        1f
        iret
1:
        pushal
        call    *sys_call_table(, %eax, 4)
        popal
        iret

我尽量做到简单,虽然很多东西没有考虑周全,这样做可以降低学习成本。该例程判断系统调用号,即存储在eax中的值,然后查找函数表:sys_call_table

 

函数表定义如下:
09/syscall.c

void (*sys_call_table[VALID_SYSCALL])(void) = {sys_print};

VALID_SYSCALL 宏定义为1, of course

系统调用测试函数
现在我们来做一个用户任务的系统调用测试函数:
09/color.c

void
color(void) {
    int i, j;
    for (i=0; i<16; ++i)
        for (j=0; j<16; ++j)
            __asm__ ("int    $0x80"::"S"(i),"D"(j),"b"('X'),"a"(0));
    for (;;)
        ;
}

按例,最简单实现。这个函数打印一些“X”字符,以不同的前景和背景颜色。还有一个问题,怎样把它存储在磁盘上呢,在没有shell的情况下(否则可以用cp来拷贝了)。解决的方法是另外写一个程序把程序直接写到磁盘上:实现一个ghex.c程序来把color可执行程序的内容打印出来,在内核里面再把可执行文件写到磁盘上。

Makefile也得修改一下:
09/Makefile

all: final.img color

color: color.o
    ${LD} --oformat binary -N -e color -Ttext 0x100000 -o color $<

上面的命令把color.o文件生成一个二进制可执行文件,入口点在color函数,代码段逻辑地址从0x100000开始。

color.c由主机上的gcc编译器编译,ld链接)

 

现在把这些二进制数据(显示命令是:./ghex ../color)写到磁盘上:
09/fs.c

void
install_color(void) {
    struct SUPER_BLOCK sb;
    char sect[512] = {0};
    struct DIR_ENTRY *de = NULL;
    int inode = -1;
    struct INODE clnode;
    unsigned int blk = 0;
    unsigned char color[] =
{0x57,0x56,0x53,0x83,0xec,0x08,0xc7,0x44,0x24,0x04,0x00,0x00,
 0x00,0x00,0x83,0x7c,0x24,0x04,0x0f,0x7f,0x2e,0xc7,0x04,0x24,
 0x00,0x00,0x00,0x00,0x83,0x3c,0x24,0x0f,0x7f,0x19,0x8b,0x74,
 0x24,0x04,0x8b,0x3c,0x24,0xbb,0x58,0x00,0x00,0x00,0xb8,0x00,
 0x00,0x00,0x00,0xcd,0x80,0x89,0xe0,0xff,0x00,0xeb,0xe1,0x8d,
 0x44,0x24,0x04,0xff,0x00,0xeb,0xcb,0xeb,0xfe};

    sb.sb_start = *(unsigned int *)(HD0_ADDR);
    hd_rw(ABS_SUPER_BLK(sb), HD_READ, 1, sect);
    memcpy(&sb, sect, sizeof(struct SUPER_BLOCK));

    inode = alloc_inode(&sb);
    assert(inode > 0);
    blk = alloc_blk(&sb);
    assert(blk != 0);
    clnode.i_block[0] = blk;
    hd_rw(blk, HD_WRITE, 1, color);
    clnode.i_mode = FT_NML;
    clnode.i_size = sizeof color;
    iput(&sb, &clnode, inode);

    // color程序分配新的inode节点和块

    hd_rw(iroot.i_block[0], HD_READ, 1, sect);
    de = &((struct DIR_ENTRY *)sect)[2];
    strcpy(de->de_name, "color");
    de->de_inode = inode;
    hd_rw(iroot.i_block[0], HD_WRITE, 1, sect);

    // color程序放到根目录"/"下面



    iget(&sb, &iroot, 0);
    iroot.i_size = 3*sizeof(struct DIR_ENTRY);
    iput(&sb, &iroot, 0);
    //
搞定
}

 

// color程序已经写到磁盘上了,再把它加载到内存地址0x100000
09/fs.c

void
load_color(void) {
    struct INODE inode;
    struct SUPER_BLOCK sb;
    char sect[512] = {0};

    sb.sb_start = *(unsigned int *)(HD0_ADDR);
    hd_rw(ABS_SUPER_BLK(sb), HD_READ, 1, sect);
    memcpy(&sb, sect, sizeof(struct SUPER_BLOCK));
    iget(&sb, &inode, 1);

    /*
只是简单的把color加载到虚拟地址0x100000(也是物理地址0x100000 */
    hd_rw(inode.i_block[0], HD_READ, 1, (void *)0x100000);
}

还记得以前运行的task1_run task2_run这两个任务吗,它们只是做一些轮流在屏幕上打印字符的无聊工作。我们把task1换成执行磁盘中的color程序:
09/init.c

void
do_task1(void) {
    __asm__ ("incb 0xb8000+160*24+2");
    load_color();
    __asm__ ("jmp 0x100000");
}


最后在check_root()函数中添加一些安装函数:
09/fs.c

    if (! testb(sect, 0)) {
        kprintf(KPL_DUMP, "/ has not been created, creating....\t\t\t\t\t  ");
        if (alloc_inode(&sb) != 0) {
            kprintf(KPL_PANIC, "\n/ must be inode 0!!!\n");
            halt();
        }
        iroot.i_block[0] = alloc_blk(&sb);
        iput(&sb, &iroot, 0);
       
        hd_rw(iroot.i_block[0], HD_READ, 1, sect);
        de = (struct DIR_ENTRY *)sect;
        strcpy(de->de_name, ".");
        de->de_inode = 0;
        ++de;
        strcpy(de->de_name, "..");
        de->de_inode = -1;
        hd_rw(iroot.i_block[0], HD_WRITE, 1, sect);
        kprintf(KPL_DUMP, "[DONE]");
        if (iroot.i_size == 2*sizeof(struct DIR_ENTRY))
            install_color();
    }

 

编译,运行一下。如果一起正常的话,应该是color任务打印一系列的彩色字符。很有成就感吧:)

到此为止,这一系列的课程就结束了,大家可以继续深入下去,linux内核是一个值得学习的好kernel

而且也有一些较好的书籍,如情景分析,ULK2In A Nut Shell等。

学习是一件愉快的事情,当然也少不了挫折和煎熬。态度才是第一位,祝大家进步:)

                                    丁亥年四月廿四       于上海体育馆

                                    http://www.cppblog.com/jinglexy

                                    天衣有缝

 

 

 

Feedback

# re: 自己动手写内核(第9课:系统调用和可执行程序)(原创)  回复  更多评论   

2007-06-08 23:24 by 星梦情缘
真的是原创吗,有才啊

# re: 自己动手写内核(第9课:系统调用和可执行程序)(原创)  回复  更多评论   

2007-06-08 23:26 by 天衣有缝
最上面写着呢,其实是翻译的文章:)

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