操作系统六
1. 进程同步和P、V操作
若有三个并发进程互斥，如果利用信号灯方式控制其同步关系，那么三个进程的同步过程如下图：
2. Linux系统功能调用的实现机制
2.1 Linux系统调用的进入
Linux系统的软中断指令是汇编语言指令int 0x80，执行该指令会发生中断，处理机的状态由用户态自陷到内核态(在更新的芯片中添加了sysenter汇编语言指令等)。int 0x80指令使用的异常向量号是128(即16进制的80)，该异常向量包含了内核系统调用程序的入口地址。在内核初始化时，已将系统调用处理程序的入口地址送入向量128的中断描述符表表项中，设置段地址为内核开始的地方，段内偏移则指向系统调用处理程序system_call()。当应用程序请求操作系统服务，发出int 0x80指令时，就会从用户态自陷到内核态，并从system_call()开始执行系统调用处理程序。当系统调用处理完毕后，通过iret汇编语言指令返回到用户态。
2.2 系统调用号和系统调用表
2.2.1 系统调用号
在Linux中，每个系统调用被赋予一个唯一的系统调用号。用户空间的进程通过系统调用号指明要执行的具体系统调用
系统调用号定义在include/asm-i386/unistd.h头文件中，这个头文件定义了该系统所有的系统调用号。格式如下：
#define _NR_restart_syscall 0
#define _NR_exit 1
#define _NR_fork 2
#define _NR_read 3
#define _NR_write 4
#define _NR_open 5
......
......
#define _NR_mq_getsetattr 282该文件中的每一行表示为#define_NR_name NNN，其中，”NR“是一种约定，name为系统调用的名称，而NNN则是该系统调用对应的号码。该文件的最后，还定义了几个与系统调用相关的关键的宏。
2.2.2 系统调用表
系统调用表记录了内核中所有已注册的系统调用，它是系统调用的跳转表，实际上是一个函数指针数组，表中依次保存所有系统调用的函数指针，以方便总的系统调用处理函数system_call进行索引。Linux系统调用表保存在arch/i386/kernel/下的entry.S中，其形式如下：
ENTRY(sys_call_table)
.long sys_restart_syscall /* 0 */
.long sys_exit /* 1 */
.long sys_fork /* 2 */
.long sys_read /* 3 */
.long sys_write /* 4 */
.long sys_open /* 5 */
......
......
.long sys_mq_getsetattr /* 6 */ 文件中有许多.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)的结构，”.”代表当前地址，”sys_call_table”代表数组首地址
2.3 系统调用处理程序
系统调用处理程序是system_call()，该函数的主要工作如下。
- 通过宏SAVE_ALL保护异常处理程序中要用到的所有寄存器到寄存器到内核堆栈中，其中，指令地址和处理机状态已在中断进入过程中保护(eflags、cs、eip、ss、esp寄存器除外)
- 进行系统调用正确性检查，如对用户态进程传递来的系统调用号进行有效性检查，若该号大于或等于系统调用表的表项数，系统调用处理程序就终止
- 根据eax中所包含的系统调用号，调用其对应的服务例程
- 系统服务例程结束时，通过宏RESTORE_ALL恢复寄存器，最后通过iret指令返回
3. 增加一个新的系统调用方法
如果需要扩充Linux系统的功能，增加一个新的系统调用需要做的工作包括以下几个方面：
- 描述新增加功能的服务例程
- 增加一个新的系统调用号
- 在系统调用表中登记新的系统调用号以及对应的服务例程
- 新增加的服务例程要被Linux系统接受，必须重新编译内核，生成新的包含新增服务例程的内核
当要增加一个新的系统调用时，首先要确定新增的服务例程的名字，因为确定了这个名字后，在系统调用中的几个相关的名字也就确定了。如:
- 新增加的系统调用名为mysyscall
- 系统调用的编号名字为_NR_mysyscall
- 内核中系统调用服务例程的名字为sys_mysyscall
3.1 添加新的服务例程
编写新增的服务例程加到内核中去，即在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中增加一个新的函数，该函数的名字是sys_mysyscall。函数体内是新增加的功能描述，在Linux系统增加一个新的系统调用时，首先要保证整个控制过程正确，所以在开始调试时，新增功能尽量简单，如下例，其功能是返回一个整形值。
asmlinkage int sys_mycall(int number) {
return number;
}3.2 增加新的系统调用号
定义系统调用号，在文件include/asm-i386/unistd.h中添加一项#define _NR_mysyscall XX
XX 为增加的系统调用号，此数字选一未用值，一般在已定义的系统调用号的最后增加一项，如下所示：
#define _NR_restart_syscall 0
#define _NR_exit 1
#define _NR_fork 2
#define _NR_read 3
#define _NR_write 4
#define _NR_open 5
......
......
#define _NR_mq_getsetattr 282
#define _NR_mysyscall 2833.3 修改系统调用表
在文件/arch/i386/kernel/entry.S中的系统调用表 sys_call_table中添加新增的系统调用，sys_call_table数组包含指向内核中每个系统调用的指针，这样就在数组中增加了新的内核函数的指针。在清单最后添加一行。如下所示：
ENTRY(sys_call_table)
.long sys_restart_syscall /* 0 */
.long sys_exit /* 1 */
.long sys_fork /* 2 */
.long sys_read /* 3 */
.long sys_write /* 4 */
.long sys_open /* 5 */
......
......
.long sys_mq_getsetattr /* 6 */
.long sys_mysyscall /* 7 */3.4 重新编译内核并启动新内核
为使新的系统调用生效，需要重建Linux的内核。
对于不同的计算机配置、Linux不同的版本等，重新编译内核命令可能会有所不同。
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