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1、实验辅助四：添加一个文件系统Saturday, OS_TADecember15, 20091名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - Contents1文档定位32运行环境33准备工作34实验说明35操作步骤45.1创建基于 ext2 的新文件系统satext2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45.1.1明确我们要修改哪些内容. . . . . . . . . . .
2、 . . . . . . . . . . . . .45.1.2复制源文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45.1.3修改源文件的内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55.1.4修改编译选项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95.1.5SomethingMore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3、 . . . . . . . .115.1.6重新编译内核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155.2修改 satext2文件系统的magicnumber. . . . . . . . . . . . . . . . . . .155.2.1修改 magicnumber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155.2.2一个小程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4、. . .165.2.3简单的测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165.3剪裁 satext2文件系统的mknod函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165.3.1修改 mknod函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175.3.2简单的测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175.4
5、完成 mkfs.satext2功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176结束语18名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 1文档定位实验辅助主要的作用是以TA 自己的经验来辅助同学们做实验，让大家少走弯路，少在Linux繁杂的内核版本和发行版本的中浪费时间，而把主要的精力集中在理解和实践操作系统本身。有关原理性的东西，在实验说明文档中已
6、有详细的介绍。如果大家有关原理性的问题， 请参考实验说明文档。在实验辅助文档中，我们主要讲实验步骤，帮助大家理解实验步骤，而不触及原理性的东西。TA 所选的发行版是当前最流行的Ubuntu9.04。编译所有的内核代码是 2.6.26 （注意，这个要与 2.6.26.1， 2.6.26.2， 等版本相区别。 ）另外，这个文档也不是一份很严肃的文档。TakeIt Easy 同时，也难免会有这样或者那样的问题，欢迎大家指正。请联系：Saturday2运行环境操作系统：Ubuntu9.04内核版本：2.6.26虚拟机：SunVirtualBox3.0.4(注意不是开源版本的VirtualBox-OSE
7、)主系统：Fedora11以上运行环境中最重要的是操作系统和内核版本，这两个一定要与实验辅助中保持一致。3准备工作完全阅读了 实验辅助三： 添加系统调用 ， 并已经完成了实验三。4实验说明大家已经完成了实验三，那么大家对于修改linux内核代码，并重新编译内核这样一个过程并不陌生。那么， 现在我们就要着手解决本学期最为复杂的实验四了。要完成整个实验的过程， 我们要编译三次内核。 。 。恩， 先不要被这个吓到。其实如果把整个过程一步一步的拆开，每一步其实都不难。且听我慢慢道来我们以编译一次内核为一个小节，可以把整个实验拆为四节。如下：1. 创建基于ext2 的新文件系统satext2 （这个名字
8、大家可以自己取）。要编译一次内核，并以新内核启动。5.12. 修改 satext2的 magicnumber， 要编译第二次内核， 以新内核启动。5.2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - 3. 剪裁 satext2的 mknod函数操作，要编译第三次内核， 以新内核启动。5.34. 最后完成一个shell 程序，完成 mkfs.satext2功能。这一次不用编译内核。5.4除了，第一节对于内核代码有比较多的修改，难
9、度比较大之外， 后面的三节其实只需要各修改一个地方，所以总的来说， 这是一个“虎头蛇尾” 的实验，大家不用被它的硕大的头给吓到，完成了第一节内容， 后面几节就基本上可以用naive 来形容了那么，废话少说，我们按照这四节的顺序来介绍整个的实验过程。5操作步骤5.1创建基于 ext2的新文件系统satext25.1.1明确我们要修改哪些内容首先，要明确的问题是， 我们需要修改哪些方面的内容。大体来说，分为这么几个方面。1. 我们所创建的satext2文件系统，实际上是完全基于ext2 文件系统的。而ext2 相关的源文件，大部分在文件夹fs/ext2下。 satext2文件系统的实现， 实际上是
10、通过复制和修改 ext2 源文件来完成的。所以，我们的第一步就是要复制ext2 相关的源文件。5.1.22. 即使 satext2有了和 ext2 同样的源文件之后， 还必须修改源文件的内容，具体的说就是让代码里面的所有的ext2 和 EXT2 换成 satext2和 SATEXT2。5.1.33. 修改编译选项， 使得我们新添加的文件系统在makemenucon?g中显示出来。5.1.44. SomethingMore5.1.55.1.2复制源文件在目录 linux/fs/ext2下， 基本上都是ext2文件系统所需要的源文件，另外，在 include/linux下也有两个ext2 相关的
11、.h ， 分别是 ext2_fs.h和 ext2_fs_sb.h。那么总结下， 跟 ext2相关的文件列举如下：fs/ext2/balloc.cfs/ext2/bitmap.cfs/ext2/dir.c./*该文件夹 (fs/ext2)下所有内容*/include/linux/ext2_fs.hinclude/linux/ext2_fs_sb.h名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure1: fs/ext2下
12、面的内容截图如 Figure1 ：通过如下命令来， 完成整个的源代码复制工作。cdfscp-Rext2satext2cd./include/linuxcpext2_fs.hsatext2_fs.hcpext2_fs_sb.hsatext2_fs_sb.h截图如 Figure2 ：Figure2: fs/satext2下面的内容这样我们就完成了第一步工作，源代码的复制。5.1.3修改源文件的内容第二步的主要任务是，我们要把刚刚复制了的源文件里面的所有的ext2 替换成 satext2。这样才能够使得修改过的源文件能够通过编译，主要分为两个步骤。1. 修改 fs/satext2文件夹下面的所有源文
13、件.这个部分的工作通过一个脚本来完成，如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 19 页 - - - - - - - - - #!/bin/shSCRIPT=substitute.shforfin*;doif$f=$SCRIPT;thenechoskip$fcontinuefiecho-nsubstituteext2tomyext2in$f.cat$f|seds/ext2/myext2/g$f_tmpmv $f_tmp$fechodoneecho-nsubst
14、ituteEXT2toMYEXT2 in$f.cat$f|seds/EXT2/MYEXT2/g$f_tmpmv $f_tmp$fechodonedone截图如 Figure3 ： 把这个脚本命名为substitute.sh， 放在 fs/satext2下面，加上可执行权限 chmod+x ， 运行之后就可以把当前目录里所有文件里面的“ext2 ”和“EXT2 ” 都替换成对应的 “satext2”和 “SATEXT2” 。截图如 Figure4：2. 修改 include/linux下面的两个 .h 文件简单的说， 就是通过文本编辑器把两个.h 里面的内容替换。在这里通过vim 的功能来实现。
15、我们以satext2_fs.h为例，来说明这个问题：cdinclude/linuxvimsatext2_fs.h/*进入到 vim 里面之后输入如下内容*/:%s/ext2/satext2/g:%s/EXT2/SATEXT2/g这样就完成了include/linux下面的 satext2_fs.h的文件替换工作。截图如 Figure5：同一个目录下面的satext2_fs_sb.h用同样的方法就可以完成替换了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 19 页 -
16、- - - - - - - - Figure3: substitue.sh的内容Figure4: 执行 substitue.sh的部分结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure5: satext2_fs.h的部分内容名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 19 页 - - -
17、 - - - - - - 5.1.4修改编译选项因为我们新增加了一个文件系统，而这个文件系统之前在内核的编译选项中是不存在的，所以我们要修改相关的配置，来使得 makemenucon?g中出现 satext2选项。总体说来， 有这么三个地方需要修改。这三个地方的修改方式都是一样的，把有关 ext2 的选项的内容复制一份， 然后把 ext2 和 EXT2 替换为 satext2和 SATEXT2。1. fs/Kcon?g我们需要 Kcon?g中拷贝一份对应的对Ext2文件宏的定义和帮助信息，这样在 makemenucon?g的时候可以查看该选项的有关内容。截图如 Figure6：Figure6:
18、 fs/Kcon?g的内容2. fs/Make?leMake?le的修改是告诉内核编译系统，当 satext2对应的宏被选上的时候， 到 fs/satext2目录下去编译satext2文件系统。截图如 Figure7：3. arch/x86/con?gs/i386_defcon?g这个文件的改动是修改默认的编译选项。截图如Figure8：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure7: fs/Make?le的内
19、容Figure8: fs/Make?le的内容名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - 最后在 makemenucon?g中， 首先进入 ?le system的选项，看到有关 satext2的选项如图 9Figure9: makemenucon?g的截图5.1.5SomethingMore如果现在开始make ， 是不能够通过编译的。因为fs/satext2中的一些函数还是需要引用一些头文件， 而这些头文件中只有ext
20、2 相关的函数的定义，而我们需要的是satext2相关的函数定义。根据我自己的经验来看，有这么几个文件需要修改。include/asm-generic/bitops/ext2-atomic.hinclude/asm-generic/bitops/ext2-non-atomic.hinclude/asm-x86/bitops.hinclude/linux/magic.h下面是关于这些被修改的地方的截图。注意，这个只是部分的截图，只是个示意图。代码的修改， 需要自己手动来完成！ ！ ！截图如 Figure10 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
21、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure10:ext2-atomic的内容截图如 Figure11 ：截图如 Figure12 ：截图如 Figure13 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure11:ext2-non-atomic的内容名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
22、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure12:bitops.h的内容Figure13:magic.h的内容也许你会问， 这些要修改的文件是怎么被找出来的呢？我们并不知道编译satext2文件系统的时候到底引用了哪些.h 文件阿？事实上， 发现这些文件的位置并不难，主要就是通过反复编译获得的。比如说， 如果在编译的过程中发现了这样的一条错误：fs/fs.o(.text+0 x27f8a):undefinedreferencetosatext2_find_first_z
23、ero_bit那么也就是说， 我们需要引用的satext2_?nd_?rst_zero_bit这样一个并没有被定义的东西。但是，可以确定的是， ext2_?nd_?rst_zero_bit肯定是存在的， 我们只要找到ext2_?nd_?rst_zero_bit的位置。然后复制一份并改成satext2_?nd_?rst_zero_bit不就好了吗？就是这么简单。查找的过程使用下面这个命令：cdlinuxgrep*ext2_find_first_zero_bit-r这个命令默认是在当前的文件夹及其子目录下面的所有文件中搜索ext2_?nd_?rst_zero_bit。得到的就是包含这个字符串的文件
24、和位置。找到了之后，只要把相关的内容复制一份， 将定义改为的satext2_?nd_?rst_zero_bit即可。以上这四个额外需要修改的文件都是这么被找出来的。大家可以尝试一下这样的改错过程， 这样有助于增加我们对于内核的理解。： ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 19 页 - - - - - - - - - 5.1.6重新编译内核做完了上述的工作之后，我们就要开始重新编译内核了，这一部分内容参见实验辅助二：编译 Linux内核编译完成之后， 重启进
25、入新的内核， 进行一下简单的测试。#ddif=/dev/zeroof=satfsbs=1Mcount=1#mkfs.ext2satfs#cat/pro/filesystems|grepext#mount-tsatext2-oloop./satfs/mnt#mount#umount/mnt#mount-text2-oloop./satfs/mnt#mount#umount看看这些命令一行一行输入下来的结果是不是和预期的一致呢？要是对了的话，就恭喜你，这个实验最难的一节已经完成了5.2修改 satext2文件系统的 magicnumber我们在已经解决了虎头之后，后面的问题就非常简单了。我们只需要
26、修改satext2的magicnumber就可以了。5.2.1修改 magicnumber在 include/linux/magic.h文件中做如下修改就可以了：截图如 Figure14 ：Figure14:magic.h的内容就这样，我们把 satext2的 magicnumber改成了 0 x6666。之后重新编译内核，进入新的内核。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 19 页 - - - - - - - - - 5.2.2一个小程序在我们测试之前，我们
27、需要写个小程序来修改我们创建的satext2文件系统的magicnumber。因为它必须和内核中记录satext2文件系统的magicnumber相匹配，satext2文件系统才能够被正确的mount。我们假设这个程序为changeMN.c（这个可以从老师官方的资料中获得）， 在此不赘述了。5.2.3简单的测试执行代码如下：#ddif=/dev/zeroof=satfsbs=1Mcount=1#mkfs.ext2satfs#./changeMNsatfs#mount-tsatext2-oloop./fs.new/mnt#mount#umount/mnt#mount-text2-oloop./f
28、s.new/mnt结果应该是第一个mount-t satext2成功，第二个 mount-t ext2 失败。截图如 Figure15 ：Figure15:测试修改 magicnumber的结果5.3剪裁 satext2文件系统的 mknod函数修改了 satext2的 magicnumber之后，我们剪裁一下satext2的 mknod函数。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - 5.3.1修改 mknod函数截图
29、如 Figure16 ：Figure16:剪裁 mknod5.3.2简单的测试#mount-tsatext2-oloop./satfs/mnt#cd/mnt#mknodmyfifop执行完 mknod之后，应该报错，然后用 dmesg的命令得到如图的结果。截图如 Figure17 ：5.4完成 mkfs.satext2功能这个过程，只用我们在目录/sbin下完成一个名为mkfs.satext2的脚本就可以了， 代码如下：#!/bin/sh/sbin/losetup-d/dev/loop0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
30、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure17:剪裁 mknod/sbin/losetup/dev/loop0$1/sbin/mkfs.ext2/dev/loop0ddif=/dev/loop0of=/tmp/tmpfsbs=1kcount=2/sbin/changeMN/tmp/tmpfsddif=/tmp/tmpfsof=/dev/loop0/sbin/losetup-d/dev/loop0rm-f/tmp/tmpfs测试的代码如下：#ddif=/dev/zeroof=satfsbs=1Mcount=1#mk
31、fs.satext2satfs#mount-tsatext2-oloop./satfs/mnt#mountmount之后，应该得到如下类似的结果截图如Figure18 ：6结束语一个冬学期的操作系统实验的最后一个实验终于完成了。本人的工作也完成了一大半了这是本人第一次做助教，感觉还不错感谢大家一路的支持最后引用 10086移动 mm 的一句话，作为结束：祝大家生活愉快 :)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - Figure18:剪裁 mknod的结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - -