操作系统实现系统调用的基本过程是：

• 应用程序调用库函数（API）；
• API 将系统调用号存入 EAX，然后通过中断调用使系统进入内核态；
• 内核中的中断处理函数根据系统调用号，调用对应的内核函数（系统调用）；
• 系统调用完成相应功能，将返回值存入 EAX，返回到中断处理函数；
• 中断处理函数返回到 API 中；
• API 将 EAX 返回给应用程序。

实验的基本内容

在 Linux 0.11 上添加两个系统调用，并编写两个简单的应用程序测试它们。

• 修改linux-0.11/include/linux/sys.h，把iam()和whoami()两个函数加入到全局变量和中断向量表中。中断被调用的时候，先查中断向量表，找到相应的函数名，调用其函数。

//在原有的 extern 后面加上：
extern int sys_whoami();
extern int sys_iam();

//在sys_call_table[]中新增以下两个函数名：
sys_iam,sys_whoami
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• 由于新增了两个函数，需要修改linux-0.11/kernel/system_call.s中的nr_system_calls的72 改为 74，表明系统调用总数变成了 74 个

nr_system_calls = 74
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• 修改unistd.h。注意该文件不能直接在oslab/linux-0.11/include/中修改，而要在虚拟机中修改，在oslab目录下运行sudo ./mount-hdc把虚拟机硬盘挂载在oslab/hdc目录下，在hdc/usr/include目录下修改unistd.h。把两个自定义函数的宏定义在这里：

#define __NR_iam 72
#define __NR_whoami 73
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• 修改 Makefile

  Makefile 里记录的是所有源程序文件的编译、链接规则，要想让我们添加的kernel/who.c可以和其他 linux 代码编译链接到一起，必须要修改 Makefile 文件。

  打开kernel/Makefile，将下面这段代码

  OBJS  = sched.o system_call.o traps.o asm.o fork.o \
      panic.o printk.o vsprintf.o sys.o exit.o \
      signal.o mktime.o
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  改为：

OBJS  = sched.o system_call.o traps.o asm.o fork.o \
    panic.o printk.o vsprintf.o sys.o exit.o \
    signal.o mktime.o who.o
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同时，还要将下面这段代码：

### Dependencies:
exit.s exit.o: exit.c ../include/errno.h ../include/signal.h \
  ../include/sys/types.h ../include/sys/wait.h ../include/linux/sched.h \
  ../include/linux/head.h ../include/linux/fs.h ../include/linux/mm.h \
  ../include/linux/kernel.h ../include/linux/tty.h ../include/termios.h \
  ../include/asm/segment.h
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改为：

### Dependencies:
who.s who.o: who.c ../include/linux/kernel.h ../include/unistd.h
exit.s exit.o: exit.c ../include/errno.h ../include/signal.h \
  ../include/sys/types.h ../include/sys/wait.h ../include/linux/sched.h \
  ../include/linux/head.h ../include/linux/fs.h ../include/linux/mm.h \
  ../include/linux/kernel.h ../include/linux/tty.h ../include/termios.h \
  ../include/asm/segment.h
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Makefile 修改后，和往常一样 make all 就能自动把 who.c 加入到内核中了。

如果编译时提示 who.c 有错误，就说明修改生效了。所以，有意或无意地制造一两个错误也 不完全是坏事，至少能证明 Makefile 是对的。

• 编写who.c

  在linux-0.11/kernel下新建who.c文件，编写下列内容：

/* 有它，_syscall1 等才有效。详见unistd.h */
#define __LIBRARY__

/* 有它，编译器才能获知自定义的系统调用的编号 */
#include "unistd.h"
#include <errno.h>
#include <asm/segment.h>
#include <string.h>

char username[64] = {0};

int sys_iam(const char *name)
{
    int i = 0;
    while (get_fs_byte(&name[i]) != '\0')
        i++;
    if (i > 23)
        return -EINVAL;
    printk("length of name is %d\n", i);
    i = 0;
    while ((username[i] = get_fs_byte(&name[i])) != '\0')
        i++;
    return i;
}

int sys_whoami(char *name, unsigned int size)
{
    int len = strlen(username);
    if (size < len)
    {
        return -1;
    }
    int i = 0;
    while (i < len)
    {
        put_fs_byte(username[i], &name[i]);
        i++;
    }
    return i;
}
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此处get_fs_byte()与put_fs_byte()均是按地址位读取，即指针操作，且-EINVAL的含义是：无效的参数。用来指出传递给库函数参数时候的各种问题。

• 接下来编写iam.c和whoami.c两个文件，注意两个文件需要先mount-hdc，然后放在hdc/usr/root的目录下，这样就可以在启动bochs后看到这两个文件。

• iam.c

#define __LIBRARY__
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>

/* iam()在用户空间的接口函数 */
_syscall1(int, iam, const char *, name);

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc <= 1)
    {
        printf("Input Exception!\n");
        return -1;
    }
    if (iam(argv[1]) < 0)
    {
        printf("SystemCall Exception!\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}
copy

• whoami.c

#define __LIBRARY__
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>

/* whoami()在用户空间的接口函数 */
_syscall2(int, whoami, char *, name, unsigned int, size);

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *username = (char*) malloc(sizeof(char) * 128);
    int counter = whoami(username, 128);
    if (counter < 0)
    {
        printf("SystemCall Exception!");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("%s\n", username);
    }
    free(username);
    return 0;
}
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• 测试 testlab2.sh

将脚本 testlab2.sh（在 /home/teacher 目录下） 在修改过的 Linux 0.11 上运行，显示的结果即应用程序的得分。满分 30%

编译并测试：

gcc -o iam iam.c -Wall
gcc -o whoami whoami.c -Wall
./testlab2.sh
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• 测试 testlab2.c

将 testlab2.c（在 /home/teacher 目录下） 在修改过的 Linux 0.11 上编译运行，显示的结果即内核程序的得分。满分 50%

实验问题解答：

1. 从 Linux 0.11 现在的机制看，它的系统调用最多能传递几个参数？你能想出办法来扩大这个限制吗？

（1）当应用程序经过库函数向内核发出一个中断调用。其中寄存器eax中存放着系统调用编号，参数可以依次存放在ebx,ecx,edx中。因此从 Linux 0.11 现在的机制看，它的系统调用最多能传递3个参数。为了方便执行，内核源码在include/unistd中定义了宏函数_syscall0(),_syscall1(),_syscall2(),_syscall3()分别表示传递0,1,2,3个参数。前两个参数是系统调用的名称，后面的参数是所携带参数的类型和名称。

（2）若想扩大这个限制，传递多个参数，大块数据给内核，可以考虑传递这块数据的指针值。如系统调用：

typedef long off_t; 
int read(int fildes, char* buf, off_t count);
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其宏形式：

_syscall3(int, read, int, fildes, char*, buf, off_t, n)
copy

2. 用文字简要描述向 Linux 0.11 添加一个系统调用 foo() 的步骤。

1. 修改include/unistd.h，在其中加入新的系统调用宏定义：

#define __NR_foo 72        /*linux-0.11中共72个，从0-71,这里新增一个72*/
copy

2. 修改include/linux/sys.h，在里面加上

extern int sys_foo();
copy

并在数组fn_ptr sys_call_table[]中加上一项sys_foo。

3. 修改kernel/system_call.s中的系统调用个数nr_system_calls = 73，即新增一个。
4. 在kernel文件中编写实现新加的系统调用函数文件foo.c
5. 修改kernel/Makefile，修改OBJS和Dependencies添加新的系统调用，使其在编译linux时编译新加的系统调用。