计算机操作系统实验运行用户态程序.docx
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计算机操作系统实验运行用户态程序.docx
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计算机操作系统实验运行用户态程序
西北工业大学操作系统实验实验报告
一、实验目的
掌握在GeekOS系统用户态模式下加载并运行可执行程序的方法。
二、实验要求
1.按照实验讲义P127页中的设计要求,实现在用户态模式下加载并运行可执行程序的代码,给出关键函数的代码以及实验结果。
三、实验过程及结果
答:
核心函数代码如下:
==================user.c===============
//产生一个进程(用户态)
intSpawn(constchar*program,constchar*command,structKernel_Thread**pThread)
{
//TODO("Spawnaprocessbyreadinganexecutablefromafilesystem");
intrc;
char*exeFileData=0;
ulong_texeFileLength;
structUser_Context*userContext=0;
structKernel_Thread*process=0;
structExe_FormatexeFormat;
if((rc=Read_Fully(program,(void**)&exeFileData,&exeFileLength))!
=0)
{
Print("FailedtoReadFile%s!
\n",program);
gotofail;
}
if((rc=Parse_ELF_Executable(exeFileData,exeFileLength,&exeFormat))!
=0)
{
Print("FailedtoParseELFFile!
\n");
gotofail;
}
if((rc=Load_User_Program(exeFileData,exeFileLength,&exeFormat,command,&userContext))!
=0)
{
Print("FailedtoLoadUserProgram!
\n");
gotofail;
}
//在堆分配方式下释放内存并再次初始化exeFileData
Free(exeFileData);
exeFileData=0;
/*开始用户进程,调用Start_User_Thread函数创建一个进程并使其进入准备运行队列*/
process=Start_User_Thread(userContext,false);
if(process!
=0){
KASSERT(process->refCount==2);
/*返回核心进程的指针*/*pThread=process;
rc=process->pid;//记录当前进程的ID
}
else
rc=ENOMEM;
returnrc;
fail:
//如果新进程创建失败则注销User_Context对象
if(exeFileData!
=0)
Free(exeFileData);//释放内存
if(userContext!
=0)
Destroy_User_Context(userContext);//销毁进程对象returnrc;
}
//切换至用户上下文
voidSwitch_To_User_Context(structKernel_Thread*kthread,structInterrupt_State*state)
{
staticstructUser_Context*s_currentUserContext;/*lastusercontextused*///externintuserDebug;
structUser_Context*userContext=kthread->userContext;KASSERT(!
Interrupts_Enabled());
if(userContext==0){//userContext为0表示此进程为核心态进程就不用切换地
址空间
return;
}
if(userContext!
=s_currentUserContext){
ulong_tesp0;
//if(userDebug)Print("A[%p]\n",kthread);
Switch_To_Address_Space(userContext);//为用户态进程时则切换地址空间esp0=((ulong_t)kthread->stackPage)+PAGE_SIZE;
//if(userDebug)
//Print("S[%lx]\n",esp0);
/*新进程的核心栈.*/Set_Kernel_Stack_Pointer(esp0);//设置内核堆栈指针
/*Newusercontextisactive*/s_currentUserContext=userContext;
}
}
==================elf.c====================
struct
intParse_ELF_Executable(char*exeFileData,ulong_texeFileLength,Exe_Format*exeFormat)
{
inti;
elfHeader*head=(elfHeader*)exeFileData;programHeader*proHeader=(programHeader*)(exeFileData+head->phoff);KASSERT(exeFileData!
=NULL);
KASSERT(exeFileLength>head->ehsize+head->phentsize*head->phnum);KASSERT(head->entry%4==0);
exeFormat->numSegments=head->phnum;exeFormat->entryAddr=head->entry;
for(i=0;i
{exeFormat->segmentList[i].offsetInFile=proHeader->offset;exeFormat->segmentList[i].lengthInFile=proHeader->fileSize;exeFormat->segmentList[i].startAddress=proHeader->vaddr;exeFormat->segmentList[i].sizeInMemory=proHeader->memSize;exeFormat->segmentList[i].protFlags=proHeader->flags;
proHeader++;
}
return0;
}
===================userseg.c===================
//需在此文件各函数前增加一个函数,此函数的功能是按给定的大小创建一个用户级进程上下文,具体实现如下:
//函数功能:
按给定的大小创建一个用户级进程上下文staticstructUser_Context*Create_User_Context(ulong_tsize){
structUser_Context*UserContext;
size=Round_Up_To_Page(size);
UserContext=(structUser_Context*)Malloc(sizeof(structUser_Context));
if(UserContext!
=0)
UserContext->memory=Malloc(size);
//为核心态进程
else
gotofail;
//内存为空
if(0==UserContext->memory)
gotofail;
memset(UserContext->memory,'\0',size);
UserContext->size=size;
//以下为用户态进程创建LDT(段描述符表)
//新建一个LDT描述符
UserContext->ldtDescriptor=Allocate_Segment_Descriptor();
if(0==UserContext->ldtDescriptor)gotofail;
//初始化段描述符
Init_LDT_Descriptor(UserContext->ldtDescriptor,UserContext->ldt,NUM_USER_LDT_ENTRIES);
//新建一个LDT选择子
UserContext->ldtSelector=Selector(KERNEL_PRIVILEGE,true,Get_Descriptor_Index(UserContext->ldtDescriptor));
//新建一个文本段描述符Init_Code_Segment_Descriptor(
&UserContext->ldt[0],
(ulong_t)UserContext->memory,
size/PAGE_SIZE,USER_PRIVILEGE
);
//新建一个数据段Init_Data_Segment_Descriptor(
&UserContext->ldt[1],
(ulong_t)UserContext->memory,
size/PAGE_SIZE,USER_PRIVILEGE
);
//新建数据段和文本段选择子
UserContext->csSelector=Selector(USER_PRIVILEGE,false,0);
UserContext->dsSelector=Selector(USER_PRIVILEGE,false,1);
//将引用数清0
UserContext->refCount=0;
returnUserContext;
fail:
if(UserContext!
=0){
if(UserContext->memory!
=0){Free(UserContext->memory);
}
Free(UserContext);
}
return0;
}
//摧毁用户上下文
voidDestroy_User_Context(structUser_Context*userContext){
//TODO("DestroyaUser_Context");
//释放占用的LDT
Free_Segment_Descriptor(userContext->ldtDescriptor);
userContext->ldtDescriptor=0;
//释放内存空间
Free(userContext->memory);
userContext->memory=0;
//释放userContext本身占用的内存
Free(userContext);
userContext=0;
}
intLoad_User_Program(char*exe
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