计算机操作系统实验_运行用户态程序

－1－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exeFileDataFree(exeFileData);exeFileData=0;－2－/*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}elserc=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====================－3－intParse_ELF_Executable(char*exeFileData,ulong_texeFileLength,structExe_Format*exeFormat){inti;elfHeader*head=(elfHeader*)exeFileData;programHeader*proHeader=(programHeader*)(exeFileData+head-phoff);KASSERT(exeFileData!=NULL);KASSERT(exeFileLengthhead-ehsize+head-phentsize*head-phnum);KASSERT(head-entry%4==0);exeFormat-numSegments=head-phnum;exeFormat-entryAddr=head-entry;for(i=0;ihead-phnum;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elsegotofail;//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();－4－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0UserContext-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LDTFree_Segment_Descriptor(userContext-ldtDescriptor);－5－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*exeFileData,ulong_texeFileLength,structExe_Format*exeFormat,constchar*command,structUser_Context**pUserContext){//TODO(Loadauserexecutableintoausermemoryspaceusingsegmentation);inti;ulong_tmaxva=0;//要分配的最大内存空间unsignednumArgs;//进程数目ulong_targBlockSize;//参数块的大小ulong_tsize,argBlockAddr;//参数块地址structUser_Context*userContext=0;//计算用户态进程所需的最大内存空间for(i=0;iexeFormat-numSegments;++i){//elf.hstructExe_Segment*segment=&exeFormat-segmentList[i];ulong_ttopva=segment-startAddress+segment-sizeInMemory;/*FIXME:range