系统调用

发表于 19 Apr 2019 总计 5226字 阅读时间 18分
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实验题目

系统调用

实验目的

1. 理解系统调用的实现方法。
2. 实现原型操作系统中一些基本的系统调用。
3. 设计并实现一测试系统调用的用户程序，利用系统调用实现用户界面和内部功能。
4. 在原型操作系统上建立一个初步 C 语言开发环境，理解操作系统与高级语言之间的关系。

实验方案

实验环境

软件

• Windows 10, 64-bit (Build 17763) 10.0.17763
• Windows Subsystem for Linux [Ubuntu 18.04.2 LTS]：WSL 是以软件的形式运行在 Windows 下的 Linux 子系统，是近些年微软推出来的新工具，可以在 Windows 系统上原生运行 Linux。
• gcc version 7.3.0 (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04)：C 语言程序编译器，Ubuntu 自带。
• NASM version 2.13.02：汇编程序编译器，通过sudo apt install nasm安装在 WSL 上。
• Oracle VM VirtualBox 6.0.4 r128413 (Qt5.6.2)：轻量开源的虚拟机软件。
• VSCode - Insiders v1.33.0：好用的文本编辑器，有丰富的插件。
• hexdump for VSCode 1.7.2: VSCode 中一个好用的十六进制显示插件。
• GNU Make 4.1：安装在 Ubuntu 下，一键编译并连接代码，生成最终的文件。

大部分开发环境安装在 WSL 上，较之于双系统、虚拟机等其他开发方案，更加方便，也方便直接使用 Linux 下的一些指令。

硬件

开发环境配置

所用机器型号为 VAIO Z Flip 2016

• Intel(R) Core(TM) i7-6567U CPU @3.30GHZ 3.31GHz
• 8.00GB RAM

虚拟机配置

• 处理器内核总数：1
• RAM：4MB

实验过程

实验代码

bootloader.asm

和上一个实验中的代码完全相同，不再放出。

kernel.asm

操作系统内核的汇编部分代码，提供int 33中断和 1~4 的四个 ah 功能号在屏幕的四个象限上显示自定义信息，检测到Ctrl + C时返回。

同时，提供了如下的全局函数供 C 语言部分调用。

• _getch从屏幕上无回显地读入一个字符。
• _getCursor返回屏幕光标的位置。
• _setCursor设置屏幕光标的位置。
• _putC向光标位置写入一个字符。
• _pageUP屏幕内容向上滚动。
• _loadProgram加载用户程序。

getch(),gets(),putch(),puts(),scanf()和 printf()函数的汇编部分代码均通过调用上述函数实现。

%macro print 5 ; string, length, x, y, color
	pusha
	push ax
	push bx
	push cx
	push dx
	push bp
	push ds
	push es
	mov ax, 0b800H
	mov gs, ax
	mov ax, cs
	mov ds, ax
	mov bp, %1
	mov ax, ds
	mov es, ax
	mov cx, %2
	mov ax, 1300H
	mov dh, %3
	mov dl, %4
	mov bx, %5
	int 10H
	pop es
	pop ds
	pop bp
	pop dx
	pop cx
	pop bx
	pop ax
	popa
%endmacro
%macro setIVT 2
	push es
	push ds
	push si
	pusha
	mov ax, 0000H
	mov es, ax
	mov ax, %1
	mov bx, 4
	mul bx
	mov si, ax
	mov ax, %2
	mov [es:si], ax
	add si, 2
	mov ax, cs
	mov [es:si], ax
	popa
	pop si
	pop ds
	pop es
%endmacro
	bits 16
	UserPrgOffset equ 0a100H
	PrgSectorOffset equ 0
	extern terminal
	global _start
	global _getch
	global _getCursor
	global _setCursor
	global _putC
	global _pageUP
	global _loadProgram
_start:
	setIVT 8, int8
	setIVT 33, int33
	call terminal
	ret
_getCursor:
	push ebp
	mov ebp, esp
	push ebx
	sub esp, 4
	mov eax, 768
	mov edx, 0
	mov ebx, edx
	int 0x10
	mov eax, edx
	mov dword [ebp-8], eax
	mov eax, dword [ebp-8]
	add esp, 4
	pop ebx
	pop ebp
	ret
_getch:
	mov ah, 01H
	int 16H
	jz _getch
	mov ah, 00H
	int 16H
	ret
_setCursor:
	push ebp
	mov ebp, esp
	push ebx
	mov eax, 512
	mov ecx, 0
	mov edx, dword [ebp+8]
	mov ebx, ecx
	int 0x10
	pop ebx
	pop ebp
	ret
_putC:
	push ebp
	mov ebp, esp
	push ebx
	mov eax, dword [ebp+8]
	or ah, 9
	mov edx, dword [ebp+12]
	mov ecx, 1
	mov ebx, edx
	int 0x10
	pop ebx
	pop ebp
	ret
_pageUP:
	push ebp
	mov ebp, esp
	mov eax, dword [ebp+8]
	or ah, 6
	mov ecx, 0
	mov edx, 184fh
	int 0x10
	pop ebp
	ret
_loadProgram:
	push ebp
	mov ebp, esp
	push ax
	push bx
	push cx
	push dx
	push es
	mov ax, cs
	mov es, ax
	mov bx, UserPrgOffset
	mov ah, 2
	mov al, 2
	mov dl, 0
	mov dh, 1
	mov ch, 0
	mov cl, byte [ebp+8]
	add cl, PrgSectorOffset
	int 13H
	call UserPrgOffset
	pop es
	pop dx
	pop cx
	pop bx
	pop ax
	mov esp, ebp
	pop ebp
	ret
int8:
	cli
	pusha
	push eax
	call draw_slash
	mov al, 20H
	out 20H, al
	out 0a0H, al
	pop eax
	popa
	sti
	iret
int33:
	cmp ah,1
	jne prg2
	mov word[n], 12
	mov word[m], 30
	mov word[top], 2
	mov word[left], 40
	mov word[length], 8
	mov word[msg], msg1
	call show
	iret
prg2:
	cmp ah,2
	jne prg3
	mov word[n], 12
	mov word[m], 30
	mov word[top], 2
	mov word[left], 0
	mov word[length], 10
	mov word[msg], msg2
	call show
	iret
prg3:
	cmp ah,4
	jne prg4
	mov word[n], 12
	mov word[m], 20
	mov word[top], 13
	mov word[left], 0
	mov word[length], 20
	mov word[msg], msg3
	call show
	iret
prg4:
	mov word[n], 12
	mov word[m], 14
	mov word[top], 13
	mov word[left], 40
	mov word[length], 26
	mov word[msg], msg4
	call show
	iret
draw_slash:
	print bar,1,24,78,7
	cmp byte[bar],'|'
	jne rslash
	mov byte[bar],'/'
	ret
rslash:
	cmp byte[bar],'/'
	jne hslash
	mov byte[bar],'-'
	ret
hslash:
	cmp byte[bar],'-'
	jne lslash
	mov byte[bar],'\'
	ret
lslash:
	mov byte[bar],'|'
	ret
show:
	dec dword[cnt]
	jnz show
	mov dword[cnt],99999999
	mov word ax, [t]
	mov word bx, [n]
	add bx, bx
	sub bx, 2
	xor dx, dx
	div bx
	cmp dx, [n]
	jb xok
	sub bx, dx
	mov dx, bx
xok:
	add dx, [top]
	mov word[x], dx
	mov word ax, [t]
	mov word bx, [m]
	add bx,bx
	sub bx,2
	xor dx, dx
	div bx
	cmp dx, [m]
	jb yok
	sub bx, dx
	mov dx, bx
yok:
	add dx,[left]
	mov word [y],dx
	inc word[t]
	print [msg],[length],[x],[y],[x]
	mov ah, 01H
	int 16H
	jz show
	print msgouch,10,[x],[y],[x]
	mov ah, 00H
	int 16H
	cmp ax, 2e03H
	jne show
	ret
datadef:
	cnt dd 1
	t dw 0
	x dw 1
	y dw 0
	n dw 12
	m dw 32
	top dw 2
	left dw 40
	length dw 8
	msg dw 1
	msg1 db ' wu-kan '
	msg2 db ' 17341163 '
	msg3 db ' [email protected] '
	msg4 db ' https://wu-kan.github.io '
	msgouch db 'Ouch!Ouch!'
	bar db '|'

kerner.c

操作系统内核 C 语言部分的代码。和上一实验相比没有改变，这里不再放出。

link.ld

将wukos.asm和kernel.c两个文件编译出来的内容连接起来。和上一个实验中的完全相同，不再放出。

prg1.asm~prg4.asm

直接调用 int 33 中断和 ah 功能号实现。

org 0a100H
push ax
mov ah,1
int 33
pop ax
ret

上面是 prg1.asm 的内容，其余同理，不再放出。

Makefile

和上一个实验完全相同，不再放出。

运行结果

如上图，进入操作系统后开始了「无敌风火轮」（右下角）。 如上图，使用exec指令轮流运行我的四个程序，分别调用中断int 33的四个功能号。按下 Ctrl+C 可以退出程序。程序检测到键盘输入，因此显示Ouch!Ouch!

风火轮仍然在转。 输入若干指令。

风火轮仍然在转。 继续输入若干指令，此时超出屏幕显示范围，自动滚屏。

风火轮仍然在转。

实验总结

得益于前两个实验，本次实验较为熟练地完成了任务。看着自己的操作系统不断地完善，心中还是很有成就感的。同时，由于踩过了许多寄存器保护的坑，这次在调用功能号前记得将其值压栈，于是很顺利没有出现问题。