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Linux内核分析和应用技术

林丰波 linfb@sdu.edu.cn

2003,8

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ToC

• 推荐讨论主题• 推荐小题目• 题目： fork 和 signal• 题目： shell 编程关键函数• 题目：关于线程• 题目： Hello 内核模块• 题目：使用汇编或特权指令• 题目：试验一个 timer• 题目： gcc 和 glibc• 题目：键盘支持• 题目：扩充一个系统调用• 题目：截获一个系统调用• 题目：审计或识别某种动作• 题目： Linux 主要发行版介绍• 题目： Linux in VMWare• 题目： Gentoo 安装• 题目：试用报告 knoppix 等

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В • 了解 RTOS• 试用 wine 等• 题目：诸许可比较• 题目： Computing 和 Linux• 题目 : VPN in Linux• 题目： Samba 试验• 题目：使用 /proc• 题目：配置 LXR• 题目： xinetd• 题目： wrapper• EMACS• TeX• 读书报告• 综合设计• User-mode linux• uClinux• FaQ

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В 推荐讨论主题

• Linux 编程概论– make

• make ， cvs ， autoconf/automake ，– C/C++

• gcc 特性，调试 gdb

– Assembly• as gcc nasm

– Java

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• 硬件– IA32 ：体系、内存管理、特权级、中断机制、

指令手册– IA64 ：新的体系和区别– Linux on IA64

• http://www.linuxia64.org/

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• Linux 网络程序设计– socket– 后台守护进程 daemon

• “Linux 守护进程的编程方法”• fork 、 inittab

• 被 xinetd 调用的进程的编程方法– packet capture （ promiscuous mode ）

• libpcap/winpcap ， tcpdump/windump/ethereal

• Linux 模块– 内核增强– 设备驱动

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• 内核变量调控• /proc

• /proc/sys/kernel

• sysctl -a

• 系统调用– 窜改 / 监视– 增强

• 调度– 一般原理– 多 CPU 支持

• 文件系统– 分区加密

• 网络实现– IPv4/IPv6– ipchain, iptable– http://www.netfilter.org/

• 内核新方向新进展– 汉化问题见解– 内核之争

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• 其他有意义主题– Linux 公司的经营模式– Free/Open 软件的再应用

• 积极参与题目，可以作业报告形式提交，也可在课堂大家讨论。

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В 推荐小题目

从小处着手，由浅入深出• 访问内核变量和函数

– 比如访问 jiffies

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В 题目： fork 和 signal

• 体会 fork 和 signal 函数使用– 设计一个程序， fork 出一个子进程

• 子进程可以睡眠或死循环– 子进程接收到 USR1 信号则退出

• 打印提示信息先– 父进程用 wait 等待子进程退出

• 或者 waitpid

• fork 和 singal 在服务器程序设计方面的应用– 结合 socket 的 ClientServer 体制

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В 题目： shell 编程关键函数

• 写一个简单的 shell– fork()– exec*()– wait/waitpid()– signal()– pipe()– 够了吗？还需要耐心

•若要看 bash的源代码，在– http://www.gnu.org/software/bash/bash.html

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В 题目：关于线程

• 写示例程序演示在 windows/linux/unix 中关于线程的编程接口– beginthread()/CreateThread()– pthread_create()/…– 请看 #man pthread_create

• 分析和讨论 linux 中是如何支持线程的– 和 fork 的实现比较

• Links– 见备注行

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В 题目： Hello 内核模块

• 做一个 HelloWorld 内核模块– 类似 printf(“hello,world!”);

• 用两个函数即可– init_module()

• printk(…)

– cleanup_module()

• 这个例子是后续很多小题目的基础，作业上也有实现

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В 题目：使用汇编或特权指令

• 使用 rdtsc 指令获取 CPU 主频计数器unsigned long low, high;asm ("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));printf("rdtsc=%lu,%lu\n", high, low);

• 使用 IO 指令– 在用户空间不能执行 in/out 指令，在内核里可以

• “segmentation fault”

– 尝试在模块里用 in/out 指令读取开机 CMOS 信息

• ( 如果有的说 )• 也可以破坏 CMOS 校验和，从而绕过开机口令

asm(“inb $0x70”)cmos.txt

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В 题目：试验一个 timer

• ./include/linux/timer.h

23 extern void add_timer(struct timer_list * timer);

24 extern int del_timer(struct timer_list * timer);

• 添加计时器，在动作函数中打印 hello 信息• 如果不删除计时器，或者还没到时间就卸载模块

会怎样？– 注意可能会死机，要注意文件存盘先

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В 题目： gcc 和 glibc

• glibc

• gcc

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• C Run-Time Libraries in Windows• printf(), memcpy(), fopen(), …

– .h• stdio.h, stdlib.h, string.h,

– .lib– .dll

• Standard C++ Library

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В 题目：键盘支持

• 键盘是最基本的输入支持设备• 分析内核中是如何管理键盘设备的• 键盘是字符设备

• ./drivers/char/keyboard.c– handle_scancode()

• ctrl_alt_del是怎样实现的？

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В 题目：扩充一个系统调用

• 找一个空闲的调用号 k– 查看你的内核源代码的源程序– 得针对你正所用的内核版本

• 把 syscall表中的 k位置指向你的调用函数– 不必编译完整的内核– 在模块初始化中做即可

• 在用户程序发起一个对 k 的调用– 使用 int80h ，调用号放在 ? 中

• 如果模块卸载了，用户还调用会怎样？

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В 题目：截获一个系统调用

• 截获谁有意思呢？– open– read– …

• 写一个自己的 sys_myopen() 函数把 syscall表中的 OPEN项指向自己– 可以在该函数中隐藏某种后门– 在该函数中，做了额外的相关处理之后，不要忘了还得调用旧的 sys_open 函数

– 记得卸载模块时恢复旧的调用

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В 题目：审计或识别某种动作

• 用户正在访问哪些文件• 是否存在某个进程是个病毒进程 ( 类似等等 )• 用户正在访问哪些站点• 网络接口正在接收或处理哪些异常的包？

– 有网络入侵的尝试在发生吗？

• 尝试做一个方面就行– 或仅仅是设想或论述一下也可

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В 题目： Linux 主要发行版介绍

• Redhat

• Debian

• SuSE

• Mandrake

• …

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В 题目： Linux in VMWare

• 两个题目：– Linux in VMWare– Solaris in VMWare

• 另：推荐 Virtual PC

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В 题目： Gentoo 安装

• Gentoo 的安装真原始，倒是挺锻炼基本功的。

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В 题目：试用报告 knoppix 等

（ 1 ） Knoppix（ 2 ） Lindows（ 3 ） BeOS• 下载• 安装• 试用

• 报告– 比较、评价

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В 了解 RTOS

• Realtime Linux

• QNX

• VxWorks

• DOS

• Windows CE .NET

• Windows XP embed

• 试用报告

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В 试用 wine 等

• WINE

• CrossOver

• WineX

• ？

• 试用报告

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В 题目：诸许可比较

• GPL

• BSD

• …

• 商业模式

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В 题目： Computing 和 Linux

• Computing – Super Computing– Parallel Computing– Cluster Computing– Distributed Computing– Grid Computing– NUMA vs. SMP vs. others

• Linux 在 Computing 中的地位和关系• PVM / MPI

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В －

• Linux集群技术– Beowulf – Legion – Giganet cLAN – Cplant – MOSIX

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В 题目 : VPN in Linux

• OpenVPN

• Free S/WAN

• OpenVPN 较好操作，建议以 OpenVPN为主，并和 swan 简单比较

• 以 OpenVPN为工具组件虚拟私有网

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В 题目： Samba 试验

• 配置 samba in Linux

• 从 linux 中访问 windows 的共享目录• 从 windows 中访问 linux 的共享目录

• 报告

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В 题目：使用 /proc

• 使用 /proc 调整内核运行参数

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В 题目：配置 LXR

• 用 LXR建立一个 Linux 内核源代码阅读站点

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В 题目： xinetd

• xindet 的原理和机制

• xindet 中服务程序设计规范

• 举例

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В 题目： wrapper

• TCP Wrapper

• hosts.deny hosts.allow

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В EMACS

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В TeX

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В 读书报告

• 选择某本相关书籍• 系统阅读• 读书笔记

– 关键内容、实例运行、问题解决• 章节选讲

– 就某个较典型的问题及其相关内容报告

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В 综合设计

• 例子

设计（硬件＋接口＋驱动）

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В User-mode linux

• 主站– http://user-mode-linux.sourceforge.net/

• 介绍短文– 在 http://www-900.ibm.com/cn/

• 查” user mode linux”

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В uClinux

• ARM+uClinux

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В 开发工具

• GCC

• Sun ONE Studio

• NetBeans

• Kylix

• Eclipse

• Google(“年度最受用户喜欢开发的工具” )

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В FaQ