目的

1）理解操作系統引導程序/BIOS/MBR的概念和作用；
2）理解并應用操作系統生成的概念和過程；
3）理解并應用操作系統操作界面，系統調用概念
4）掌握和推廣國產操作系統（限“銀河麒麟”，加10分，直到滿分）

任務

1）用NASM編寫MBR引導程序，在BOCHS虛擬機中測試。
2）在Linux（建議Ubuntu或銀河麒麟）下裁剪和編譯Linux內核，并啟用新內核。（其他發行版本也可以）
3）為Linux內核（建議Ubuntu或銀河麒麟）增加2個系統調用，并啟用新的內核，并編寫應用程序測試。（其他發行版本也可以）
4）在Linux （建議Ubuntu或銀河麒麟） 或Windows下，編寫腳本或批處理。在指定目錄中的全部txt文件末尾追加或更新：用戶名:日期和時間。root:2021-11-23 09:50

前言

優麒麟下載地址：https://www.ubuntukylin.com/downloads/
任選鏡像站，去Index of /ubuntukylin-cdimage/Kylin-V10-SP1/目錄下載鏡像。
我使用的優麒麟鏡像下載鏈接：阿里云_Kylin-Desktop-V10-SP1-Release-hwe-2107-x86_64.iso，版本是Kylin-V10-SP1。
用虛擬機直接選擇鏡像安裝。

優麒麟是一款好好看的linux系統，自帶中文輸入法，UI美觀，自帶漂亮的壁紙，操作方便，沒有奇怪的bug。

一、linux內核編譯

非常靠譜的兩篇參考文章：

看參考文章之前請先看補注!!!

1. Linux內核編譯很簡單，6步編譯一個自己的內核
2. Linux 內核編譯步驟及配置詳解

補注：

1. 虛擬機內存請分配100GB，否則后期空間不夠，手動擴展于事無補，只能下載磁盤管理器。
   同時，考慮到虛擬機需要快照，真實磁盤空間最好預留70~80GB，不快照預估60GB。內核請分配4個或以上，建議4個。
   編譯新內核后文件占用情況（大致60GB）：
   
2. 可以先進行內核修改(也就是第二步)，再回來編譯內核，否則修改后需要再次編譯。
3. 需要提前安裝的軟件名包：gcc gdb bison flex libncurses5-dev libssl-dev libidn11 build-essential，用sudo apt install安裝。
4. 如果優麒麟主機和虛擬機之間沒辦法復制粘貼，說明安裝虛擬機的時候安裝出錯，最好是直接重新安裝，否則之后會繼續出更多的錯。
5. sudo apt install無法定位軟件包解決：執行sudo apt-get update，即可。如果還不行就多update一次。
6. 可以用sudo setstatus softmode把彈出來的“是否允許未知程序執行”關掉。
7. .config文件可以不用復制/修改，先執行make menuconfig然后exit，會生成一個。

編譯成功并安裝的截圖：

總結

1、獲取內核源碼，解壓至/usr/src

	tar xf linux-5.10.81.tar.xz -C /usr/src

	ln -sv /usr/src/ linux-5.10.81  /usr/src/linux

	# tar xf linux-3.13.5.tar.xz -C /usr/src

    # ln -sv /usr/src/linux-3.13.5  /usr/src/linux

2、設置弱保護模式（防止彈窗太多）：

	sudo setstatus softmode # 僅限優麒麟

3、配置內核特性(選擇一種方法就可以了)

    make config：遍歷選擇所要編譯的內核特性

    make allyesconfig：配置所有可編譯的內核特性

    make allnoconfig：并不是所有的都不編譯

    make menuconfig：這種就是打開一個文件窗口選擇菜單

    make kconfig(KDE桌面環境下，并且安裝了qt開發環境)

    make gconfig(Gnome桌面環境，并且安裝gtk開發環境)

4、編譯內核 # 這一步是最耗時的

    # make [-j #] ： #號最多為CPU物理核心總數的兩倍，這樣會快點哦

5、安裝內核模塊

    # make modules_install

6、安裝內核

    # make install

7、驗正并測試(選擇自己內核有的一種方法就可以了)(可跳過)

    # cat /boot/grub/grub.conf

    # cat /boot/grub/grub.cfg

8、查看新內核是否已經添加, 而后重啟系統并測試(任選其一)

	# uname -a

    # unmae -mrs

二、添加新的系統調用

特別靠譜的參考文章：

看參考文章之前請先看補注!!!

1. Ubuntu20.04+Linux5.8.8 添加系統調用實現進程隱藏
2. Kernel官網步驟：Adding a New System Call

補注：

1. 我修改的文件：

①系統調用：linux-5.10.81/kernel/sys.c
②系統調用函數聲明：linux-5.10.81/include/linux/syscalls.h
③ID：linux-5.10.81/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl
④ID聲明：linux-5.10.81/include/uapi/asm-generic/unistd.h
重點：修改內容見下圖：

上圖是已經編譯完成的，能夠正常調用新增的系統調用，并得到輸出結果。

2. 圖中需要敲入的全部代碼：

①系統調用：linux-5.10.81/kernel/sys.c

SYSCALL_DEFINE2(SSD_Add,int,x,int,y){

        printk("%d",x+y);

        return 0;

}

SYSCALL_DEFINE3(SSD_Max,int,a,int,b,int,c){

        if(a>b)b=a;

        if(b>c)c=b;

        printk("%d",c);

        return 0;

}

注意輸出不能有’\n’，注意是printk啊！！不是printf！！
后話：printk不改優先級只能輸出在日志中，要用dmseg打印（如果嫌打印的東西太多了可以先sudo dmseg -C 把內核緩沖區清空一下）。

②系統調用函數聲明：linux-5.10.81/include/linux/syscalls.h

asmlinkage long sys_SSD_Add(int x, int y);

asmlinkage long sys_SSD_Max(int a, int b, int c);

③ID：linux-5.10.81/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl

498     64      SSD_Add                 sys_SSD_Add

499     64      SSD_Max                 sys_SSD_Max

④ID聲明：linux-5.10.81/include/uapi/asm-generic/unistd.h

#define __NR_ssd_add 498

__SYSCALL(__NR_ssd_add, sys_SSD_Add)

#define __NR_ssd_max 499

__SYSCALL(__NR_ssd_max, sys_SSD_Max)

⑤系統調用測試：test.c

#include <unistd.h>

#include <sys/syscall.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

    long ret;

    ret = syscall(499,1,2,3);   //Max

    ret = syscall(499,7,6,5);   //Max

    ret = syscall(498,4,6);     //Add

    printf("ret:%ld\n",ret);

    ret = syscall(499,7,9,8);   //Max

    printf("ret:%ld\n",ret);

}

輸出可能不會按序。

3. 編譯新內核后可能遇到的問題：

可能找不到modules，無法啟動。

解決辦法：回到make modules_install這一步之前，重做這一步以及后面的步驟，保證內存充足。

三、編寫批處理程序

1. 任務

1. 要求：在 Ubuntu (或銀河麒麟) 或 Windows 下，編寫腳本或批處理。
2. 功能：在指定目錄中全部 txt 文件的末尾追加一行，寫入用戶名，日期，時間。
3. 提示: 1) 目錄通過命令行的參數來指定，不要在腳本中寫死；2) 注意檢查文件的后綴是否 txt；3) 日期和時間的寫入格式可以自己確定【例如特殊字符標識】；4) 已寫有日期和時間的文件只能更新日期和時間，不能追加。

2. 代碼

str_insert="#LY4E# $USER `date +%Y-%m-%d,%H:%M:%S`"

for ofile in $1/*.txt

do

	if [ `grep -c "#LY4E#" $ofile` -eq 0 ];then

		echo $str_insert >> $ofile

	else

		sed -i "/#LY4E#/c $str_insert" $ofile

	fi

done

針對每一條提示的解釋：

1. 用$1接收第一個命令行參數(目錄)。
2. 用*.txt檢查文件后綴是否為txt。
3. 設置寫入格式為#LY4E# 用戶名 日期,時間，其中特殊標識設為#LY4E#。
4. 用grep結合特殊標識符判斷是否已寫有日期和時間。如果未寫入，則向文件中追加寫入字符串str_insert；如果已寫入，則用sed更新字符串。

3. 運行檢測

如圖所示。

結果解釋：

1. 先分別初始化test.txt和test2.txt的內容為1和2。
2. 運行批處理文件mysh.sh。
3. 打印輸出所有txt文件。
4. 再次運行批處理文件mysh.sh，檢查是否會重復寫入。
5. 再次打印輸出所有txt文件，從顯示時間可知，字符串被更新，而非追加。

四、用NASM編寫MBR引導程序，在BOCHS虛擬機中測試

1. 提示：

1. 參考書：《一個操作系統的實現》前3章
2. 基本功能和程序框架：屏幕顯示“Hello OS”后原地停下。
3. 擴充功能：利用BIOS中斷獲取并顯示內存大小信息。
4. 開發環境：限定：Linux + Bochs + Nasm

2. 安裝nasm和bochs

sudo apt install nasm，可以。
sudo apt install bochs bximage，可直接安裝bochs、bximage。
直接用源碼安裝比較齊全，不需要另外再下載bximage或其他的。
源碼安裝的步驟如下：
①Bochs官網下載bochs-版本號.tar.gz。

由于源站比較慢，可以用鏡像站代替，SourceForge自帶鏡像站：

③解壓壓縮包：

tar zxvf bochs-2.7.tar.gz

④設置弱保護模式：

sudo setstatus softmode # 僅限優麒麟

⑤編譯安裝：

cd bochs-2.7

./configure --enable-debugger --enable-disasm

make

sudo make install

書配套的代碼的bochsrc：

romimage: file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest

vgaromimage: file=/usr/share/vgabios/vgabios.bin

一律改成(照著自己下載的那個文件夾下的bochsrc改)：

romimage: file=$BXSHARE/BIOS-bochs-latest, options=fastboot

vgaromimage: file=$BXSHARE/VGABIOS-lgpl-latest

bochs源碼安裝參考：Linux下Bochs，NASM安裝和使用，他寫錯了好多，也沒有提SourceForge下載艱難的事兒。

3. 使用bochs

編寫程序boot.asm：

	org	07c00h

	mov	ax, cs

	mov	ds, ax

	mov	es, ax

	call	DispStr

	jmp	$

DispStr:

	mov	ax, BootMessage

	mov	bp, ax

	mov	cx, 16

	mov	ax, 01301h

	mov	bx, 000ch

	mov	dl, 0

	int	10h

	ret

BootMessage:		db	"Hello, OS world!"

times	510-($-$$)	db	0

dw	0xaa55

用nasm編譯它：

nasm boot.asm -o boot.bin

運行bximage：

圖片引自簡書_10分鐘完成的操作系統(Bochs的使用–windows系統下)

將boot.bin載入生成的a.img中：

dd if=boot.bin of=a.img bs=512 count=1 conv=notrunc

修改bochsrc(在你的bochs安裝目錄下面，如果沒有，則將.bochsrc復制一份成為bochsrc)：

可以通過whereis bochs找到安裝目錄。（我強烈建議直接把所有配置刪掉，只留下圖提到的這些配置。）

提示：可以用/符號在vim中快速查找。

接下來運行：bochs -f bochsrc。

4. 可能遇到的報錯

1. cpu directive malformed.
   
   解決方法：①. bochs -help cpu將顯示出所有支持的CPU類型。②. 修改.bochsrc文件中cpu: model=core2+penryn_t9600為cpu: model=上一條查到的所支持的CPU類型之一。

2. Bochs is not compiled with lowlevel sound support
   
   解決方法：修改配置文件，注釋掉以下兩行
   #sound: driver=default, waveout=/dev/dsp. wavein=, midiout=
   #speaker: enabled=1, mode=sound

3. keyboard_mapping’ is deprecated - use ‘keyboard’ option instead
   解決方法：keyboard_mapping那個配置注釋掉。或者參考博客修改。

5. 開始調試

正常情況是出現以下內容：

選擇6開始調試。

然后出現了一個報錯：message:ata0-0:could not open hard drive image file ’30M.sample’

解決辦法：修改bochsrc文件，將ata0-master: type=disk, mode=flat, path="30M.sample"注釋掉。

然后正常情況會出現一片黑屏：

接下來按照原書中的指示依次輸入：

b 0x7c00

c

dump_cpu #可略

x /64xb 0x7c00 #可略

n

n

n

……直到出現"Hello, OS world!"

注：當輸入dump_cpu時，顯示“syntax error at ‘dump_cpu’”，這是因為bochs 2.3.5 以上的版本沒有dump_cpu了,可以用r，fp，mmx，sse，dreg，sreg，creg命令代替。

原書結果：

原理：先用b 0x7c00設斷點，然后c指令讓代碼執行到斷點，再一直n單步運行即可，會出現"Hello, OS world!"。

實際結果如下圖。

調試過程中的參考鏈接：
1.自己寫操作系統 2 - 安裝bochs虛擬機
2.Bochs安裝和啟動中遇到的問題解決方案

THE END

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【HUST】网安｜操作系统实验｜实验一 内核编译、系统调用、编写批处理脚本的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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