实验五__内核模块设计实验

实验报告实验题目：内核模块实现姓名：学号：课程名称：操作系统所在学院：信息科学与工程学院专业班级：计算机任课教师：module_init(初始函数名);module_exit(退出函数名 );MODULE_LICENSE("GPL");//模块通用公共许可证5、makefile文件内容基本格式ifneq ($(KERNELRELEASE),)obj-m:=xxx.oelseKDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD:=$(shell pwd)all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modulesclean:rm -rf *.o *.ko *.mod.c *.cmd *.markers *.order *.symvers .tmp_versions endif说明：1) KERNELRELEASE是在内核源码的顶层Makefile中定义的一个变量。

ifneq($(KERNELRELEASE),) 判断该变量是否为空。

2) KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build 是给KDIR这个变量赋值，值为当前linux运行的内核源码。

3) 当make的目标为all时，-C $(KDIR) 指明跳转到内核源码目录下读取那里的Makefile；M=$(PWD)表明然后返回到当前目录继续读入、执行当前的Makefile。

当从内核源码目录返回时，KERNELRELEASE已被被定义，kbuild也被启动去解析kbuild语法的语句，make将继续读取else之前的内容。

4) 我们可以把上述的Makefile文件作为一个模板，只需要改动obj-m := hello.o这条语句就可以了：obj-m=XXX.o。

4、进入管理员权限，cd到目录下。

输入如下命令：5、输入make命令以编译：6、编译成功后，输入insmod命令安装自己的内核模块：7、查看内核模块：可以看到自己的time模块安装成功。

LAB5实验报告实验目的：●了解第一个用户进程创建过程●了解系统调用框架的实现机制●了解ucore如何实现系统调用sys_fork/sys_exec/sys_exit/sys_wait来进行进程管理实验内容：实验4完成了内核线程，但到目前为止，所有的运行都在内核态执行。

实验5将创建用户进程，让用户进程在用户态执行，且在需要ucore支持时，可通过系统调用来让ucore提供服务。

为此需要构造出第一个用户进程，并通过系统调用sys_fork/sys_exec/sys_exit/sys_wait 来支持运行不同的应用程序，完成对用户进程的执行过程的基本管理。

一．练习练习0：填写已有实验根据提示，对标注LAB5 YOUR CODE : (update LAB4 steps)的部分进行一定的改动。

Kern/trap/trap.c:/* LAB1 YOUR CODE : STEP 3 *//* handle the timer interrupt *//* (1) After a timer interrupt, you should record this event using a global variable (increase it), such as ticks in kern/driver/clock.c* (2) Every TICK_NUM cycle, you can print some info using a funciton, such as print_ticks().* (3) Too Simple? Yes, I think so!*//* LAB5 YOUR CODE *//* you should upate you lab1 code (just add ONE or TWO lines of code):* Every TICK_NUM cycle, you should set current process'scurrent->need_resched = 1*/ticks ++;if (ticks % TICK_NUM == 0) {assert(current != NULL);current->need_resched = 1;}/* LAB1 YOUR CODE : STEP 2 *//* (1) Where are the entry addrs of each Interrupt Service Routine (ISR)?* All ISR's entry addrs are stored in __vectors. where is uintptr_t __vectors[] ?* __vectors[] is in kern/trap/vector.S which is produced by tools/vector.c* (try "make" command in lab1, then you will find vector.S in kern/trap DIR)* You can use "extern uintptr_t __vectors[];" to define this extern variable which will be used later.* (2) Now you should setup the entries of ISR in Interrupt Description Table (IDT).* Can you see idt[256] in this file? Yes, it's IDT! you can use SETGATE macro to setup each item of IDT* (3) After setup the contents of IDT, you will let CPU know where is the IDT by using 'lidt' instruction.* You don't know the meaning of this instruction? just google it! and check the libs/x86.h to know more.* Notice: the argument of lidt is idt_pd. try to find it!*//* LAB5 YOUR CODE *///you should update your lab1 code (just add ONE or TWO lines of code), let user app to use syscall to get the service of ucore//so you should setup the syscall interrupt gate in hereextern uintptr_t __vectors[];int i;for (i = 0; i < sizeof(idt) / sizeof(struct gatedesc); i ++) {SETGATE(idt[i], 0, GD_KTEXT, __vectors[i], DPL_KERNEL);}SETGATE(idt[T_SYSCALL], 1, GD_KTEXT, __vectors[T_SYSCALL], DPL_USER);lidt(&idt_pd);Kern/process/proc.c:static struct proc_struct *alloc_proc(void) {struct proc_struct *proc = kmalloc(sizeof(struct proc_struct));if (proc != NULL) {//LAB4:EXERCISE1 YOUR CODE/** below fields in proc_struct need to be initialized* enum proc_state state; // Process state* int pid; // Process ID* int runs; // the running times of Proces * uintptr_t kstack; // Process kernel stack* volatile bool need_resched; // bool value: need to be rescheduled to release CPU?* struct proc_struct *parent; // the parent process* struct mm_struct *mm; // Process's memory management field* struct context context; // Switch here to run process* struct trapframe *tf; // Trap frame for current interrupt* uintptr_t cr3; // CR3 register: the base addr of Page Directroy Table(PDT)* uint32_t flags; // Process flag* char name[PROC_NAME_LEN + 1]; // Process name*/proc->state = PROC_UNINIT;proc->pid = -1;proc->runs = 0;proc->kstack = 0;proc->need_resched = 0;proc->parent = NULL;proc->mm = NULL;memset(&(proc->context), 0, sizeof(struct context));proc->tf = NULL;proc->cr3 = boot_cr3;proc->flags = 0;memset(proc->name, 0, PROC_NAME_LEN);//LAB5 YOUR CODE : (update LAB4 steps)/** below fields(add in LAB5) in proc_struct need to be initialized* uint32_t wait_state; // waiting state* struct proc_struct *cptr, *yptr, *optr; // relations between processes*/proc->wait_state = 0;proc->cptr = proc->yptr = proc->optr = NULL;}return proc;}intdo_fork(uint32_t clone_flags, uintptr_t stack, struct trapframe *tf) {int ret = -E_NO_FREE_PROC;struct proc_struct *proc;if (nr_process >= MAX_PROCESS) {goto fork_out;}ret = -E_NO_MEM;//LAB4:EXERCISE2 YOUR CODE/** Some Useful MACROs, Functions and DEFINEs, you can use them in below implementation.* MACROs or Functions:* alloc_proc: create a proc struct and init fields (lab4:exercise1)* setup_kstack: alloc pages with size KSTACKPAGE as process kernel stack* copy_mm: process "proc" duplicate OR share process "current"'s mm according clone_flags* if clone_flags & CLONE_VM, then "share" ; else "duplicate"* copy_thread: setup the trapframe on the process's kernel stack top and* setup the kernel entry point and stack of process* hash_proc: add proc into proc hash_list* get_pid: alloc a unique pid for process* wakup_proc: set proc->state = PROC_RUNNABLE* VARIABLES:* proc_list: the process set's list* nr_process: the number of process set*/// 1. call alloc_proc to allocate a proc_struct// 2. call setup_kstack to allocate a kernel stack for child process // 3. call copy_mm to dup OR share mm according clone_flag // 4. call copy_thread to setup tf & context in proc_struct// 5. insert proc_struct into hash_list && proc_list// 6. call wakup_proc to make the new child process RUNNABLE // 7. set ret vaule using child proc's pidif ((proc = alloc_proc()) == NULL) {goto fork_out;}proc->parent = current;assert(current->wait_state == 0);if (setup_kstack(proc) != 0) {goto bad_fork_cleanup_proc;}if (copy_mm(clone_flags, proc) != 0) {goto bad_fork_cleanup_kstack;}copy_thread(proc, stack, tf);bool intr_flag;local_intr_save(intr_flag);{proc->pid = get_pid();hash_proc(proc);set_links(proc);}local_intr_restore(intr_flag);wakeup_proc(proc);ret = proc->pid;//LAB5 YOUR CODE : (update LAB4 steps)/* Some Functions* set_links: set the relation links of process. ALSO SEE: remove_links: lean the relation links of process* -------------------* update step 1: set child proc's parent to current process, make sure current process's wait_state is 0* update step 5: insert proc_struct into hash_list && proc_list, set the relation links of process*/fork_out:return ret;bad_fork_cleanup_kstack:put_kstack(proc);bad_fork_cleanup_proc:kfree(proc);goto fork_out;}练习1：加载应用程序并执行do_execv函数调用load_icode（位于kern/process/proc.c中）来加载并解析一个处于内存中的ELF执行文件格式的应用程序，建立相应的用户内存空间来放置应用程序的代码段、数据段等，且要设置好proc_struct结构中的成员变量trapframe中的内容，确保在执行此进程后，能够从应用程序设定的起始执行地址开始执行。

实验：内核模块设计1、实验要求1.1 问题描述设计一个带参数的内核模块，其参数为某进程号，列出其进程家族信息，包括父进程，兄弟进程以及子进程的程序名，PID号等。

1.2问题分析Linux内核是模块化组成的，它允许内核在运行时动态地向其中插入或都从中删除代码。

这些代码包括相关的子例程、数据、函数入口和函数出口被组合在一个单独的二进制镜像中，即是所谓的可以装载内核模块。

支持模块的好处是基本内核镜像可以尽可能的小，因为可选的功能和驱动程序可以利用模块形式再提供。

模块允许方便的和重新载入内核代码，也方便了调试工作。

而且当热拔插新设备时，可以载入新的驱动程序。

Linux提供了这样一个简单的框架，它可以允许驱动程序声明参数，从而可以在系统启动或者模块装载时再指定参数，这些参数对于驱动程序属于全局变量，而且模块参数同时也将出现在sysfs文件系统中，这样，无论是生成模块参数还是管理模块参数的方式都变得灵活多样。

内核把进程放在一个叫task list的双向循环链表中。

链表中的每一项都是task_struct称为进程描述符的结构。

该结构定义在/include/linux/sched.h。

进程描述符中包含一个具体进程的所有的信息。

其中包括有进程号pid、指向父进程task_struct的指针parent、包含有所有子进程的链表结构children和包含父进程其它儿子进程的链表结构sibling。

并且comm表示可以进行执行的文件的名字。

1.3 开发平台及实验工具平台环境：VMware 7.1.3 build-324285操作系统：CRUX 2.2Linux内核版本：2.6.15.6其它工具：KGDB2.4、Samba 3.0.24、Source Insight2、实验步骤(1)，在/home/目录下编写内核模块程序。

代码include如下头文件(2)，定义静态全局变量PID 用于接收模块初始化时传递过来的参数(3)，通过module_param(name,type,perm)宏来定义模块参数PID是用户可见的参数名也是模块中存放模块参数的变量名，int是存放参数的类型。

<内核模块>实验报告题目: 内核模块实验1、实验目的模块是Linux系统的一种特有机制，可用以动态扩展操作系统内核功能。

编写实现某些特定功能的模块，将其作为内核的一部分在管态下运行。

本实验通过内核模块编程在/porc文件系统中实现系统时钟的读操作接口。

2、实验内容设计并构建一个在/proc文件系统中的内核模块clock，支持read()操作，read()返回值为一字符串，其中包块一个空格分开的两个子串，分别代表_sec和_usec。

3、实验原理Linux模块是一些可以作为独立程序来编译的函数和数据类型的集合。

在装载这些模块时，将它的代码链接到内核中。

Linux模块可以在内核启动时装载，也可以在内核运行的过程中装载。

如果在模块装载之前就调用了动态模块的一个函数，那么这次调用将会失败。

如果这个模块已被加载，那么内核就可以使用系统调用，并将其传递到模块中的相应函数。

4、实验步骤编写内核模块文件中主要包含init_module()，cleanup_module()，proc_read_clock()三个函数。

其中init_module()，cleanup_module()负责将模块从系统中加载或卸载，以及增加或删除模块在/proc中的入口。

read_func()负责产生/proc/clock被读时的动作。

内核编译部分过程:过程持续较长时间.●编译内核模块Makefile文件MakefileCC＝gccMODCFLAGS := -Wall -D__KERNEL__ -DMODULE –DLINUXclock.o :clock.c /usr/include/linux//version.h$(CC) $(MODCFLAGS) –c clock.cecho insmod clock.o to turn it onecho rmmod clock to turn ig offecho编译完成之后生成clock.o模块文件。

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Linux内核分析实验报告实验题目：文件系统实验实验目的：linux文件系统使用虚拟文件系统VFs作为内核文件子系统。

可以安装多种不同形式的文件系统在其中共存并协同工作。

VFs对用户提供了统一的文件访问接口。

本实验的要求是（1）编写一个get_FAT_boot函数,通过系统调用或动态模块调用它可以提取和显示出FAT文件系统盘的引导扇区信息。

这些信息的格式定义在内核文件的fat_boot_sector结构体中。

函数可通过系统调用或动态模块调用。

（2）编写一个get_FAT_dir函数,通过系统调用或动态模块调用它可以返回FAT文件系统的当前目录表,从中找出和统计空闲的目录项(文件名以0x00打头的为从未使用过目录项,以0xe5打头的为已删除的目录项),将这些空闲的目录项集中调整到目录表的前部。

这些信息的格式定义在内核文件的msdos_dir_entry结构体中。

硬件环境：内存1g以上软件环境：Linux（ubuntu）2-6实验步骤：一：实验原理：以实验4为蓝本，在优盘中编译并加载模块，启动测试程序，查/proc/mydir/myfile的文件内容。

从优盘得到fat文件系统的内容存在msdos_sb_info结构中，然后得到msdos_sb_info结构相应的属性值，得到实验一的数据。

实验二中，得到fat文件系统第一个扇区的十六个文件信息。

然后按照文件名头文字的比较方法，应用归并排序的方法，将头文件是0x00和0xe5的文件调到前面，其他的文件调到后面二：主要数据结构说明：（1）超级块对象：数据结构说明：一个已经安装的文件系统的安装点由超级块对象代表。

内核模块实验报告
一、实验要求：
1.了解内核存储路径。

2.阐述内核含义。

3.掌握模块加载及卸载方法。

4.掌握IP转发技巧。

5.掌握禁止ping的使用。

二、实验过程：
1.内核存储路径：
2.内核相当于硬件中的CPU，他是操作系统的核心部分，主要用
分配内存和帮忙传递软件和硬件之间的信息，充当资源管理器和解
释器的角色。

3.模块加载及卸载：
4.配置IP转发的相关配置文件(IP转发的好处：帮助不同网段的IP 互相通信)：
5.禁止别的计算机ping这台计算机（禁止ping的好处：给外人造成此计算机关闭或不存在的误区，避免有不良企图的恶意攻击）：
实验报告完成。

实验二1、实验目的1.1题目大意修改system_call()内核函数，使内核能够记录每个系统调用被使用的次数。

增加2个系统调用，一个的功能是将这些系统调用的调用次数清零，另一个的功能是返回特定系统调用的调用次数。

1.2实验原理在Linux中，每一个系统调用被赋予一个系统调用号。

内核记录了系统调用表中的所有已经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。

在用户空间的程序无法直接执行内核代码，所以应用程序以某种形式通知系统。

通知内核的机制是靠软中断的形式实现的，通过引发一个异常来促使系统切换到内核态中去执行异常处理程序。

此时的异常处理程序实际上就是系统调用处理程序。

X86系统中的软中断由int $0x80指令产生。

这条指令会触发一个异常导致系统切换到内核态并执行第128号异常处理程序，而该程序正是系统调用处理程序，叫system_call。

它跟体系结构有关，通常用汇编语言在entry.S编写。

在X86上，系统调用号是通过eax寄存器传递给内核的。

在陷入内核前，用户空间就把相应系统调用所对应的号放入eax，这样系统调用处理程序system_call一旦运行，就可以从eax 中得到数据。

system_call函数通过将给定的系统调用号与NR_sys_calls——系统中总共有的系统调用的数目做比较，检查其有效性。

如果它大于或者等于NR_sys_calls，该函数会返回-ENOSYS。

否则，就执行相应的系统调用。

由于系统调用表的项是以32位(4字节)类型来存放的，所以内核需要将给业的系统调用号乘以4，然后用所得的结果在该表中查询其位置。

我们要统计的是所有系统调用（339个）自系统启动以来每个被调用的次数，所以只需要要构造一个数组来记录每个系统调用的被调用次数。

考虑到要让该数组元素每次开机启动时都要初始化为0，我们可以将该数组设置为全局的。

每次进入system_call函数都对这个全局数组对应的系统调用号的下标的计数加1.就可以统计系统调用被使用的次数。

内核模块实验报告一、实验简介本次实验主要是通过内核模块的编写与加载，掌握内核模块的基本结构和操作方法。

实验中将完成一个简单的内核模块编写并加载，在内核初始化和卸载时分别显示一段信息。

二、实验内容及步骤1. 编写内核模块代码：首先创建一个.c文件，命名为hello.c。

在文件中，使用MODULE_LICENSE声明模块的许可证，使用MODULE_AUTHOR 声明作者，使用MODULE_DESCRIPTION声明模块的描述。

在模块初始化函数module_init中，输出一段初始化信息；在模块卸载函数module_exit 中，输出一段卸载信息。

具体代码如下：```c#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("Your Name");MODULE_DESCRIPTION("A simple kernel module");static int __init hello_init(void)printk(KERN_INFO "Hello, world!\n");return 0;static void __exit hello_exit(void)printk(KERN_INFO "Goodbye, world!\n");module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);```2. 编写Makefile文件：在同一目录下创建一个名为Makefile的文件，内容如下：```makefileobj-m := hello.oKDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD := $(shell pwd)default:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modulesclean:```3. 编译内核模块：打开终端，进入内核模块所在的目录，使用make 命令编译内核模块。

实验六内核模块实验实验目的掌握linux内核模块程序的结构；掌握linux模块命令的使用；实验原理参考大课课件《6 模块设计.ppt》。

实验内容建立一个工作目录，我们的模块源程序和Makefile文件都保存在这个目录下；#mkdir mymodule#cd mymodule;1 自己编写一个内核模块程序,程序格式参考下面；#include //包含的头文件，学生自己添加#include……..#include……..static int __init xxx_init(void) //xxx_init是模块入口函数民，自己定义{........return 0;}static void __exit xxx_exit(void){........}module_init(.......);module_exit(.......);MODULE_LICENSE(......);//上面的省略号表示学生自己要添加的内容；2 编写Makefile文件内容格式，参考如下：obj-m +=模块程序文件名.oall:make -C 内核源码路径M=`pwd` modules #这一行要以TAB键开头clean:make -C 内核源码路径M=`pwd` modules clean #这一行要以TAB键开头3 编译模块，拷贝到开发板的根文件系统中编译内核模块，直接使用make命令就可以了；#make编译没有错误时，将模块拷贝到开发板的根文件系统中；#cp xxx.ko /opt/rootfs/lib/modules/3.5.0-yyy/4 启动开发板，进入linux系统后，在开发板上加载和卸载模块加载：# insmod /lib/modules/3.5.0-yyy/xxxx.ko查看：#lsmod卸载：#rmmod xxxx5 模块参数在上面编写的模块程序中，设计一个整形模块参数，和一个字符串模块参数；在模块初始化函数中，输出这些参数的值；实验成功后，叫老师查看实验结果，作为平时考察成绩；Hellomod：#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>static int num=1;module_param(num,int,0);static int param1;module_param_named(p1,param1, int, 0);static char *str;module_param(str,charp,0 );static int __init hello_init(void){printk(KERN_INFO " Hello World module !num=%d\n",num); printk(KERN_INFO " Hello World module !param1=%d\n",param1); printk(KERN_INFO " Hello World module !str=%s\n",str);return 0;}static void __exit hello_exit(void){printk(KERN_INFO " Good bye module !\n ");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);MODULE_AUTHOR("sise");MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_DESCRIPTION("Hello World Module");//MODULE_ALIAS("a simplest module");Makefile：obj-m +=hellomod.oall:make -C /home/sice/linux-4.4.19 M=`pwd` modules clean:make -C /home/sice/linux-4.4.19 M=`pwd` modules clean。