Linux个人防火墙的设计与实现
Linux个人防火墙的设计与实现
https://www.sodocs.net/doc/d113502503.html, 2006-02-16 11:25 计算机安全我要评论()
?摘要：本文设计的是一个基于Linux主机的包过滤型个人防火墙，它实现的功能和现今市场上流行的防火墙有巨大差距。随着技术的不断发展，防火墙也处于不断的变化之中。防火墙技术经历了包过滤、应用代理网关再到状态检测三个阶段。
?标签：防火墙Linux数据包捕获模块包过滤
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Oracle帮您准确洞察各个物流环节摘要防火墙是网络安全研究的一个重要内容，数据包捕获是包过滤型防火墙的前提，本文对基于Linux主机的个人防火墙的数据包捕获模块进行了研究,重点论述数据包捕获模块的结构、组成以及功能。首先对信息安全及防火墙的重要性进行论述，并给出防火墙的详细分类；然后分析了基于Linux主机的个人防火墙总体设计及软硬件平台原理，接着论述Linux 下的数据包捕获模块结构与原理，并详述其具体实现步骤。
关键词防火墙Linux 数据包捕获模块包过滤
一、防火墙概述
网络防火墙技术是一种用来加强网络之间访问控制，防止外部网络用户以非法手段通过外部网络进入内部网络，访问内部网络资源，保护内部网络操作环境的特殊网络互联设备。它对两个或多个网络之间传输的数据包按照一定的安全策略来实施检查，以决定网络之间的通信是否被允许，并监视网络运行状态。
根据防火墙所采用的技术不同，可以将它分为四种基本类型：包过滤型、网络地址转换—NAT、代理型和监测型。包过滤型产品是防火墙的初级产品，其技术依据是网络中的分包传输技术。包过滤技术的优点是简单实用，实现成本较低，在应用环境比较简单的情况下，能够以较小的代价在一定程度上保证系统的安全。网络地址转换是一种用于把IP地址转换成临时的、外部的、注册的IP地址标准。它允许具有私有IP地址的内部网络访问因特网。
代理型防火墙也可以被称为代理服务器，它的安全性要高于包过滤型产品，并已经开始向应用层发展。代理型防火墙的优点是安全性较高，可以针对应用层进行侦测和扫描，对付基于应用层的侵入和病毒都十分有效。其缺点是对系统的整体性能有较大的影响，而且代理服务器必须针对客户机可能产生的所有应用类型逐一进行设置，大大增加了系统管理的复杂性。
监测型防火墙是新一代的产品，能够对各层的数据进行主动的、实时的监测，在对这些数据加以分析的基础上，监测型防火墙能够有效地判断出各层中的非法侵入。同时,这种检测型防火墙产品一般还带有分布式探测器，这些探测器安置在各种应用服务器和其他网络的节点之中，不仅能够检测来自网络外部的攻击，同时对来自内部的恶意破坏也有极强的防范作用。
监测型防火墙在安全性上已超越了包过滤型和代理服务器型防火墙，但其实现成本较高。基于对系统成本与安全技术成本的综合考虑，用户可以选择性地使用某些监测型技术。
二、基于Linux个人防火墙总体设计
图1 数据捕获程序结构图
2、数据包捕获模块原理分析
（1）网卡设置原理
在一个实际的系统中，数据的收发是由网卡来完成的，网卡接收到传输来的数据，网卡内的程序接收数据帧的目的MAC地址，根据计算机上的网卡驱动程序设置的接收模式判断该不该接收，认为不该接收就丢掉不管。而对于网卡来说一般有四种接收模式：广播模式组播模式、直接方式、混杂模式。数据包捕获程序首先使网络接口(网卡)处于混杂状态，从而可截获网络上的内容，并且通过相应的软件处理，可以实时分析这些数据的内容，为数据包过滤作准备。
（2）基本函数说明
本文中在Linux主机上用C语言编写数据包捕获程序，所编写的程序中用到很多Linux中的预定义函数，在此节将对这些基本函数的功能和使用特点进行说明。
1）ioctl函数定义
ioctl()函数非常庞杂，它可以控制各种文件的属性。它用于控制特殊文件的底层设备参数，这些特殊文件通常是指终端、套接字和接口。ioctl函数原型为：
int ioctl(int handle,int cmd[,int *argdx,int argcx])；
2）socket函数定义
常用的Socket类型有两种：流式Socket(SOCK_STREAM)和数据包式Socket
(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket，针对面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，针对无连接的UDP服务应用。Socket函数原型为：
int socket(int domain, int type,int protocol)；
3）recvfrom()函数定义
用recvfrom()函数来实现接收数据包，recvfrom()是具备“阻塞式I/O”特性的函数，能够在没有数据包到达的情况下暂时挂起等待，直至接收到数据包后，再激活转入下一步处理。recvfrom()函数的原型为：
int recvfrom(SOCKET s,char FAR *buf,int len,int flags,struct sockaddr FAR *from,int
*fromlen)；
本函数从已连接套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址。对于SOCK_STREAM类型的套接口，最多可以接收缓冲区大小个数据。如果套接口被设置为线内接收带外数据(选项为SO_OOBINLINE)，且有带外数据未读入，则返回带外数据。应用程序可通过调用ioctlsocket()的SOCATMARK命令来确定是否有带外数据待读入。对于SOCK_STREAM类型套接口，忽略from和fromlen参数。
4）一些“字节顺序”转换函数
因为网络和主机采用的存储字节时内存顺序安排方式的差异，就存在“字节顺序”的问题。在网络环境下存储时，高位字节存放在内存的起始位置，而低字节则存放在较高的位置。主机
的接口标记后，将其设置到实际接口中。第二次的ioctl调用，将接口设备设置为混合模式。正如第一个ioctl调用是获得网络接口的标记，这次调用是设置ifr结构中修改过的新标记写到物理接口上。
（2）打开Socket设备
用socket函数来打开Socket设备。
sock = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL))
domain域使用AF_PACKET,能够既接收链路层也接收网络层的数据包。
（3）接收数据
使用recvfrom()函数来实现接收数据包：
recvfrom(sock,(char *)buf,sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&addr,&len)
这是从打开的网络插座Socket读取数据包的地方，但要注意，addr结构有一个强制类型转换，以适应recvfrom()函数的语法要求，recvfrom()函数在成功读取的情况下返回读取的字节数，否则返回-1。
（4）判断包头指针
该数据包捕获模块可以接收到的数据包都是原始数据包，它们的格式一般先是以太网数据帧的头部，接着是ARP或者IP数据包的头部。IP数据包后紧跟着TCP或UDP、ICMP的头部，最后才是真正要传输的数据。于是，在拆分IP数据包时，先提取以太网数据帧的头部，再提取IP数据包的头部，然后分析TCP或UDP、ICMP数据包的头部。最后，从数据包提取出需要的数据。
3、程序中用到的一些结构体解析
（1）sockadd_in结构体
在网络中第一个被创造的结构类型是sockaddr。这个数据结构是为许多类型的套接口储存地址信息。它的定义如下：
struct sockaddr{
unsigned shortsa_family；/*这个是地址族，通常是AF-xxxx的形式*/
charsa_data[14]；/*14字节的地址信息*/
}；
（2）ethhdr结构体
以下是相应数据结构：
struct ethhdr
{
unsigned char h_dest[ETH_ALEN]；/*48位的目标地址的网卡物理地址*/
unsigned char h_source[ETH_ALEN]；/*48位的源地址的物理网卡地址*/
unsigned short h_proto；/*16位的以太网协议*/
}
（3）iphdr结构体
这是Linux 的ip协议报头，针对版本的不同它可以有不同的定义，我们国内一般用BIG的定义，其中version 是ip的版本，protocol是ip的协议分类，saddr是32位的源ip地址，daddr 是32位的目标ip地址。
（4）tcphdr结构体
这是Linux 下tcp协议的一部分,与ip协议相同取BIG，其中source是源端口，dest 是目的端口，seq是s序，ack_seq是a序号，其余的是tcp的连接标志其中包括6个标志：syn表示连接请求，urg 表示紧急信息，fin表示连接结束，ack表示连接应答，psh表示推栈标志，rst表示中断连接。window是表示接受数据窗口大小，check是校验码，urg ptr是紧急指针。（5）udphdr结构体
这是Linux下ip协议中udp协议的一部分,以下是相应数据结构：
struct udphdr
{
u_int16_t source;/* 源端口*/
u_int16_t dest;/* 目的端口*/
u_int16_t len;/* udp 长度*/
u_int16_t check;/*校验码*/
}
本文设计的是一个基于Linux主机的包过滤型个人防火墙，它实现的功能和现今市场上流行的防火墙有巨大差距。随着技术的不断发展，防火墙也处于不断的变化之中。防火墙技术经历了包过滤、应用代理网关再到状态检测三个阶段。其中状态检测是比较先进的防火墙技术，它摒弃了包过滤防火墙仅考查数据包的IP 地址等几个参数，而不关心数据包连接状态变化的缺点，在防火墙的核心部分建立状态连接表，并将进出网络的数据当成一个个的会话，利用状态表跟踪每一个会话状态。状态检测技术在大力提高安全防范能力的同时也改进了流量处理速度。状态监测技术采用了一系列优化技术，使防火墙性能大幅度提升，能应用在各类网络环境中，尤其是在一些规则复杂的大型网络上。深度包检测技术将为防火墙的发展提升到一个新的阶段。该技术对数据包头或有效载荷所封装的内容进行分析，从而引导、过滤和记录基于IP的应用程序和Web服务通信流量，其工作并不受协议种类和应用程序类型的限制。采用深度包检测技术，企业网络可以获得性能上的大幅度提升而无需购买昂贵的服务器或是其他安全产品。
参考文献
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[5][美]Terry William Ogletree著. 防火墙原理与实施[M]. 电子工业出版社.2001.2.
[6]林宇郭凌云编著. Linux网络编程[M]. 人民邮电出版社2000.10.
[7]Linux环境下的网络编程. https://www.sodocs.net/doc/d113502503.html,/more.asp?name=minico&id=114134.
[8]深入学习Linux下的网络监听技术.
https://www.sodocs.net/doc/d113502503.html,/showart.asp?art_id=611&cat_id=9.
(华南理工大学计算机学院陈晓霞华南师范大学电信学院刘寿强陈梓忠)
2016Linux程序设计复习题
一、填空题 1、在Linux 系统中，以文件方式访问设备。 2、Linux 内核引导时，从文件/etc/fstab 中读取要加载的文件系统。 3、Linux 文件系统中每个文件用i 节点来标识。 4、全部磁盘块由四个部分组成，分别为引导块、专用块、i 节点表块和数据存储块。 5、链接分为：硬链接和符号链接。 6、超级块包含了i 节点表和空闲块表等重要的文件系统信息。 7、某文件的权限为：drw-r--r-- ，用数值形式表示该权限，则该八进制数为：644 ，该文件属性是目录。 8、前台起动的进程使用Ctrl+C 终止。 9、静态路由设定后，若网络拓扑结构发生变化，需由系统管理员修改路由的设置。 10、网络管理的重要任务是：控制和监控。 11、安装Linux 系统对硬盘分区时，必须有两种分区类型：文件系统分区和交换分区。 12、编写的Shell 程序运行前必须赋予该脚本文件执行权限。 13、系统管理的任务之一是能够在分布式环境中实现对程序和数据的安全 保护、备份、恢复和更新。 14、系统交换分区是作为系统虚拟存储器的一块区域。 15、内核分为进程管理系统、内存管理系统、I/O 管理系统和文件管理系统等四个子系统。 16、内核配置是系统管理员在改变系统配置硬件时要进行的重要操作。 17、在安装Linux 系统中，使用netconfig 程序对网络进行配置，该安装程序会一步步提示用 户输入主机名、域名、域名服务器、IP 地址、网关地址和子网掩码等必要信息。 18、唯一标识每一个用户的是用户ID 和用户名。 19、RIP 协议是最为普遍的一种内部协议，一般称为动态路由选择协议。 20、在Linux 系统中所有内容都被表示为文件，组织文件的各种方法称为文件系统。 21、DHCP可以实现动态IP 地址分配。 22、系统网络管理员的管理对象是服务器、用户和服务器的进程以及系统的各种资源。 23、网络管理通常由监测、传输和管理三部分组成，其中管理部分是整个网络管理的 中心。 24、当想删除本系统用不上的设备驱动程序时必须编译内核，当内核不支持系统上的 设备驱动程序时，必须对内核升级。 25、Ping 命令可以测试网络中本机系统是否能到达一台远程主机，所以常常用于测试网络 的连通性。 26、vi 编辑器具有三种工作模式：命令模式、底行模式和输入模式。 27、可以用ls –al 命令来观察文件的权限，每个文件的权限都用10 位表示，并分为四段， 其中第一段占 1 位，表示文件类型，第二段占 3 位，表示文件所有者对该文件的权限。 28、进程与程序的区别在于其动态性，动态的产生和终止，从产生到终止进程可以具有的基 本状态为：运行态、就绪态和等待态（阻塞态）。 29、DNS实际上是分布在internet 上的主机信息的数据库，其作用是实现IP地址和主
Linux内核—文件系统模块的设计和开发
Linux内核—文件系统模块的设计和开发 郑小辉 摘要：目前，Linux技术已经成为IT技术发展的热点，投身于Linux技术研究的社区、研究机构和软件企业越来越多，支持Linux的软件、硬件制造商和解决方案提供商也迅速增加，Linux在信息化建设中的应用范围也越来越广，Linux产业链已初步形成，并正在得到持续的完善。随着整个Linux产业的发展，Linux技术也处在快速的发展过程中，形成了若干技术热点。 本文介绍了Linux的发展和特点，以及与其他文件系统的区别。文中主要是对Linux2.4.0内核文件系统源代码的分析，并参考其文件格式设计一个简洁的文件系统。源代码的分析主要介绍了VFS文件系统的结构，Linux自己的Ext2文件系统结构，以及文件系统中的主要函数操作。 在设计的简洁文件系统中，通过调用一些系统函数实现了用户的登录、浏览目录、创建目录、更改目录、创建文件以及退出系统功能。 关键字：Linux 源代码分析文件系统Ext2 Linux内核
Linux kernel -Design and development for the File System Module Zheng xiaohui Abstract: Currently, Linux IT technology has become a hot development technology. Participating in Linux technology research communities, research institutes and software enterprises are in support of Linux more and more, software and hardware manufacturers and solution providers have increased rapidly, In the development of the information industry the Linux application is also increasing, Linux industry chain has taken shape, and is sustained improvemently. With the entire industry in the development of Linux, and Linux is also at the rapid development process, formed a number of technical points. This paper presents the development of Linux and features, and with other file system differences. The main text of the document is Linux2.4.0 system kernel source code analysis, and I reference its file format to design a simple file system. The analysis of the source code mainly on the VFS file system structure, Linux Ext2 its own file system structures, file systems and the main function operation. In the design of the file simple system, some system function is used to achieve function such as: the user's login, browse catalogs, create directories, Change directory, create documents and withdraw from the system function and etc. Key words: Linux, the source code, file system, Ext2, Linux kernel
Linux程序设计报告
Linux程序设计课程设计 Linux程序设计课程组 长春工业大学 2017-12-24
课程设计任务书
目录 第1章设计要求 (1) 2.1设计目的 (1) 2.2设计要求 (1) 第2章测试数据设计 (2) 第3章算法实现 (3) 第4章算法结果 (19) 第5章结果可视化 (21) 第6章性能分析 (21) 参考文献 (22) 心得 (22)
第1章设计要求 2.1设计目的 理解临界区和进程互斥的概念，掌握用信号量和PV操作实现进程互斥的方法。 2.2设计要求 在linux环境下编写应用程序，该程序运行时能创建N个线程，其中既有读者线程又有写者线程，它们按照事先设计好的测试数据进行读写操作。 读者/写者问题描述如下： 有一个被许多进程共享的数据区，这个数据区可以是一个文件，或者主存的一块空间，甚至可以是一组处理器寄存器。有一些只读取这个数据区的线程（reader）和一些只往数据区中写数据的线程（writer）。以下假设共享数据区是文件。这些读者和写者对数据区的操作必须满足以下条件：读—读允许；读—写互斥；写—写互斥。这些条件具体来说就是： （1）任意多的读线程可以同时读这个文件； （2）一次只允许一个写线程往文件中写； （3）如果一个写线程正在往文件中写，禁止任何读线程或写线程访问文件； （4）写线程执行写操作前，应让已有的写者或读者全部退出。这说明当有读者在读文件时不允许写者写文件。 对于读者-写者问题，有三种解决方法： 1、读者优先 除了上述四个规则外，还增加读者优先的规定，当有读者在读文件时，对随后到达的读者和写者，要首先满足读者，阻塞写者。这说明只要有一个读者活跃，那么随后而来的读者都将被允许访问文件，从而导致写者长时间等待，甚至有可能出现写者被饿死的情况。 2、写者优先 除了上述四个规则外，还增加写者优先的规定，即当有读者和写者同时等待时，首先满足写者。当一个写者声明想写文件时，不允许新的读者再访问文件。 3、无优先 除了上述四个规则外，不再规定读写的优先权，谁先等待谁就先使用文件。
探究linux内核,超详细解析子系统
探究linux内核,超详细解析子系统 Perface 前面已经写过一篇《嵌入式linux内核的五个子系统》，概括性比较强，也比较简略，现在对其进行补充说明。 仅留此笔记，待日后查看及补充！Linux内核的子系统 内核是操作系统的核心。Linux内核提供很多基本功能，如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享写时拷贝（Copy-On-Write）以及网络功能等。增加各种不同功能导致内核代码不断增加。 Linux内核把不同功能分成不同的子系统的方法，通过一种整体的结构把各种功能集合在一起，提高了工作效率。同时还提供动态加载模块的方式，为动态修改内核功能提供了灵活性。系统调用接口用户程序通过软件中断后，调用系统内核提供的功能，这个在用户空间和内核提供的服务之间的接口称为系统调用。系统调用是Linux内核提供的，用户空间无法直接使用系统调用。在用户进程使用系统调用必须跨越应用程序和内核的界限。Linux内核向用户提供了统一的系统调用接口，但是在不同处理器上系统调用的方法
各不相同。Linux内核提供了大量的系统调用，现在从系统 调用的基本原理出发探究Linux系统调用的方法。这是在一个用户进程中通过GNU C库进行的系统调用示意图，系 统调用通过同一个入口点传入内核。以i386体系结构为例，约定使用EAX寄存器标记系统调用。 当加载了系统C库调用的索引和参数时，就会调用0x80软件中断，它将执行system_call函数，这个函数按照EAX 寄存器内容的标示处理所有的系统调用。经过几个单元测试，会使用EAX寄存器的内容的索引查system_call_table表得到系统调用的入口，然后执行系统调用。从系统调用返回后，最终执行system_exit，并调用resume_userspace函数返回用户空间。 linux内核系统调用的核心是系统多路分解表。最终通过EAX寄存器的系统调用标识和索引值从对应的系统调用表 中查出对应系统调用的入口地址，然后执行系统调用。 linux系统调用并不单层的调用关系，有的系统调用会由
中南大学linux程序设计环境实验四(DOC)
实验4 Linux 高级程序设计 1、实验目的 (1) 了解Linux操作系统下应用程序开发流程 (2) 掌握gun工具链的使用 (3) 了解Linux高级编程技巧（例如IPC机制、系统调用等） 2、实验内容 (1) 编写一个简单的C语言程序，编写Makefile文件。了解编译过程，并用gdb进行调试。 (2) 编写一段程序，适用系统调用fork( )创建两个新的子进程，此程序运行使系统中有三个活动进程存在。控制让一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示“a”，子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察屏幕上的显示结果，并对输出结果进行分析。在实验报告中写出说明和分析。 (3) 编写一段程序实现父进程创建一个子进程，通过系统调用使子进程和父进程执行不同的任务。（提示：利用system(), exec系列函数） 试思考，怎样实现进程间的同步？ (4) 编写一段C程序完成：父进程创建一个子进程，父进程对子进程设置一个报警信号，然后父进程等待子进程的结束，如果此时报警信号先到，就终止子进程。 3、实验要求 (1) 写出源程序，并编译运行 (2) 详细记录程序调试及运行结果 4、实验思路及过程 （1）
makefile文件： main.c文件：
1.c文件： 2.c文件： -o写成-c，函数库导入不正确：
(2)
出现acb的结果：p1=fork()会创建一个新的进程，父进程遇到p2=fork()创建又一个新的进程，此时，父进程运行完毕输出a，p2=fork()创建的子进程运行完毕输出c，最后p1=fork()创建的子进程运行完毕输出b； 出现abc的结果：p1=fork()会创建一个新的进程，父进程遇到p2=fork()创建又一个新的进程，此时，父进程运行完毕输出a，p1=fork()创建的子进程运行完毕输出b，最后p2=fork()创建的子进程运行完毕输出c；
浙江大学Linux程序设计实验报告
Linux程序设计实验报告1 ——操作系统基本命令使用 一、实验目的 1．通过对Emacs、vi、vim、gedit文本编辑器的使用，掌握在Linux环境下文本文件的编辑方法； 2．通过对常用命令mkdir、cp、cd、ls、mv、chmod、rm等文件命令的操作，掌握Linux操作系统中文件命令的用法。 二、实验任务与要求 1．emacs的使用，要求能新建、编辑、保存一个文本文件 2．vi或vim的使用，要求能新建、编辑、保存一个文本文件 3．gedit的使用，要求能新建、编辑、保存一个文本文件 4．掌握mkdir、cd命令的操作，要求能建立目录、进入与退出目录 5．掌握cp、ls、mv、chmod、rm命令的操作，要求能拷贝文件、新建文件、查看文件、文件重命名、删除文件等操作。 三、实验工具与准备 计算机PC机，Linux Redhat Fedora Core6操作系统 四、实验步骤与操作指导 任务1．学习emacs的使用，要求能新建、编辑、保存一个文本文件 （1）启动emacs （2）输入以下C程序 （3）保存文件为kk.c （4）用emacs打开文件kk.c （5）修改程序 （6）另存为文件aa.txt并退出。 任务2．vi或vim的使用，要求能新建、编辑、保存一个文本文件 （1）点击”应用程序”→ “附件”→“终端”，打开终端，在终端输入命令： [root@localhost root]#vi kk.c 按i键，进入插入状态。 （2）输入以下C程序 #include
printf(“Hello world!\n”); return 0; } 此时可以用Backspace、→、←、↑、↓键编辑文本。 （3）保存文件为kk.c 按Esc键，进入最后行状态，在最后行状态输入：wq保存文件，退出vi。 （4）用vi打开文件kk.c，输入命令： [root@localhost root]#vi kk.c （5）修改程序为： #include
简析linux内核的内核执行流程图
简析linux核的执行流程 ----从bootsect.s到main.c（核版本0.11）Linux启动的第一阶段（从开机到main.c） 3个任务： A、启动BIOS，准备实模式下的中断向量表和中断服务程序。 B、从启动盘加载操作系统程序到存。 C、为执行32的main函数做过渡准备。 存变化如下： ①、0xFE000到0xFFFFF是BIOS启动块，其中上电后第一条指令在0xFFFF0。 ②、而后0x00000到0x003FF总共1KB存放中断向量表，而接下去的地址到0x004FF共256B存放BIOS数据，从0x0E05B 开始的约8KB的存中存放中断服务程序。 ③、利用BIOS中断0x19h把硬盘的第一扇区bootsect.s的代码加载到存中，即0x07c00处，后转到该处执行。 ④、将bootsect.s的代码复制到0x90000处。 ⑤、利用中断0x13h将setup.s程序加载到存0x90200处。 ⑥、再将剩余的约240个扇区的容加载到0x10000~0x2EFFF 处。 ⑦、开始转到setup.s处执行，第一件事就利用BIOS提供的中断服务程序从设备上获取核运行的所需系统数据并存在0x90000的地址处，这时将原来bootsect.s的代码覆盖得只剩2Byte的空间。
⑧、关中断并将系统代码复制到0x00000处，将原来放在这里的中断向量表与BIOS数据区覆盖掉，地址围是 0x00000~0x1EFFF。同时制作两表与两寄存器。 ⑨开地址线A20，寻址空间达到4GB，后对8259重新编程，改变中断号。 ⑩、转到head.s（大小是25K+184B）执行，执行该程序完后是这样的： 0x00000~0x04FFF:页目录与4个页表，每一项是4KB,共20KB；0x05000~0x05400:共1KB的空间是软盘缓冲区； 0x05401~0x054b8:共184B没用； 0x054b9~0x05cb8：共2KB的空间存中断描述符表； 0x05cb9~0x064b8：共2KB的空间存全局描述符表； 之后就是main函数的代码了！ 第二阶段、从main.c函数到系统准备完毕阶段。 第一步：创建进程0，并让进程0具备在32位保护模式下载主机中的运算能力。流程是： 复制根设备和硬盘参数表（main.c中的102、110、111行） 物理存规划格局（main.c的112行~126行，其中有 rd_init函数定义在kernel/ramdisk.c中，此函数用于虚拟盘初始化；而mem_init函数是用于存管理结构初始化，定义在mem/memory.c中，该函数页面使用
Linux内核与跟文件系统的关系
Linux内核与根文件系统的关系 开篇题外话：对于Linux初学者来说，这是一个很纠结的问题，但这也是一个很关键的问题！一语破天机：“尽管内核是Linux 的核心，但文件却是用户与操作系统交互所采用的主要工具。这对Linux 来说尤其如此，这是因为在UNIX 传统中，它使用文件I/O 机制管理硬件 设备和数据文件。” 一.什么是文件系统 文件系统指文件存在的物理空间，linux系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目 录层次结构。 Linux文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构，所有Linux 用户和程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其 中。这种机制有利于用户和操作系统的交互。 每个实际文件系统从操作系统和系统服务中分离出来，它们之间通过一个接口层：虚拟文件系统或VFS来通讯。VFS使得Linux可以支持多个不同的文件系统，每个表示一个VFS 的通用接口。由于软件将Linux 文件系统的所有细节进行了转换,所以Linux核心的其它部分及系统中运行的程序将看到统一的文件系统。Linux 的虚拟文件系统允许用户同时能透明地安装 许多不同的文件系统。 在Linux文件系统中，EXT2文件系统、虚拟文件系统、/proc文件系统是三个具有代表性的 文件系统。 二.什么是根文件系统 根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是内核启动时所挂载（mount）的第一个文件系统，内核代码的映像文件保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如rcS,inittab）和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。 那么根文件系统在系统启动中到底是什么时候挂载的呢？先将/dev/ram0挂载，而后执行/linuxrc.等其执行完后。切换根目录，再挂载具体的根文件系统.根文件系统执行完之后，也就是到了Start_kernel()函数的最后，执行init的进程，也就第一个用户进程。对系统进行各 种初始化的操作。 根文件系统之所以在前面加一个”根“，说明它是加载其它文件系统的”根“，既然是根的话，那么如果没有这个根，其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包含系统引导和使其他文件系统得以挂载（mount）所必要的文件。根文件系统包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在Linux挂载分区时Linux 一定会找/etc/fstab这个挂载文件等，根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等，任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载（mount）。使用mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中（根）。在执行挂装时，要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后，在根目录下就有根文件系统的各个目录，文件：/bin /sbin /mnt等，再将其他分区挂接到/mnt 目录上，/mnt目录下就有这个分区的各个目录，文件。
Linux程序设计模式(机制与策略)
Linux程序设计模式—机制与策略 什么是设计模式（Design pattern）? 设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、软件设计经验的总结。使用设计模式是为了提高代码或模块的重用、让程序更容易被他人理解、提高代码可靠性和可维护性。同时，通过学习设计模式可以降低解决一般性问题的开发难度。 Linux程序设计模式的起源和发展 Linux程序的设计模式起源于Unix文化，是Unix哲学的重要组成部分，而Linux本身就是Unix的一个发展分支。Unix哲学说来不算是一种正规设计方法，它是自下而上的，而不是自上而下的。Unix哲学注重实效，立足于丰富的经验。你不会在正规方法学和标准中找到它，它更接近于隐性的半本能的知识，即Unix文化所传播的专业经验。它鼓励那种分清轻重缓急的感觉，以及怀疑一切的态度，并鼓励你以幽默达观的态度对待这些。 什么是Unix哲学？ Unix管道的发明人、Unix传统的奠基人之一Doug McIlroy在[McIlroy78]中曾经说过： I. 让每个程序就做好一件事。如果有新任务，就重新开始，不要往原程序中加入新功能而搞得复杂。 II. 假定每个程序的输出都会成为另一个程序的输入，哪怕那个程序还是未知的。输出中不要有无关的信息干扰。避免使用严格的分栏格式和二进制格式输入。不要坚持使用交互式输入。 III. 尽可能早地将设计和编译的软件投入试用, 哪怕是操作系统也不例外，理想情况下, 应该是在几星期内。对拙劣的代码别犹豫，扔掉重写。 IV. 优先使用工具而不是拙劣的帮助来减轻编程任务的负担。工欲善其事，必先利其器。后来他这样总结道（引自《Unix的四分之一世纪》）： Unix哲学是这样的：一个程序只做一件事，并做好。程序要能协作。程序要能处理文本流，因为这是最通用的接口。 从整体上来说，可以概括为以下几点： 01.模块原则：使用简洁的接口拼合简单的部件。 02.清晰原则：清晰胜于机巧。 03.组合原则：设计时考虑拼接组合。 04.分离原则：策略同机制分离，接口同引擎分离。 05.简洁原则：设计要简洁，复杂度能低则低。 06.吝啬原则：除非确无它法，不要编写庞大的程序。 07.透明性原则：设计要可见，以便审查和调试。 08.健壮原则：健壮源于透明与简洁。 09.表示原则：把知识叠入数据以求逻辑质朴而健壮。 10.通俗原则：接口设计避免标新立异。 11.缄默原则：如果一个程序没什么好说的，就沉默。 12.补救原则：出现异常时，马上退出并给出足够错误信息。 13.经济原则：宁花机器一分，不花程序员一秒。 14.生成原则：避免手工hack，尽量编写程序去生成程序。 15.优化原则：雕琢前先要有原型，跑之前先学会走。 16.多样原则：决不相信所谓“不二法门”的断言。 17.扩展原则：设计着眼未来，未来总比预想来得快。 给大家推荐一本书《UNIX 编程艺术》————这不是一本讲如何编程的书，而是一本讲UNIX设计哲学的书，当然也适应于Linux。这本书是我来威胜工作后，同事们推荐我读的第二
LINUX内核模块编程指南
第1章Hello, World 如果第一个程序员是一个山顶洞人，它在山洞壁(第一台计算机)上凿出的第一个程序应该是用羚羊图案构成的一个字符串“Hello, Wo r l d”。罗马的编程教科书也应该是以程序“S a l u t, M u n d i”开始的。我不知道如果打破这个传统会带来什么后果，至少我还没有勇气去做第一个吃螃蟹的人。 内核模块至少必须有两个函数：i n i t_m o d u l e和c l e a n u p_m o d u l e。第一个函数是在把模块插入内核时调用的；第二个函数则在删除该模块时调用。一般来说，i n i t_m o d u l e可以为内核的某些东西注册一个处理程序，或者也可以用自身的代码来取代某个内核函数(通常是先干点别的什么事，然后再调用原来的函数)。函数c l e a n u p_m o d u l e的任务是清除掉i n i t_m o d u l e所做的一切，这样，这个模块就可以安全地卸载了。
1.1 内核模块的Makefiles 文件 内核模块并不是一个独立的可执行文件，而是一个对象文件，在运行时内核模块被链接到内核中。因此，应该使用- c 命令参数来编译它们。还有一点需要注意，在编译所有内核模块时，都将需要定义好某些特定的符号。 ? _ _KERNEL_ _—这个符号告诉头文件：这个程序代码将在内核模式下运行，而不要作为用户进程的一部分来执行。 ? MODULE —这个符号告诉头文件向内核模块提供正确的定义。 ? L I N U X —从技术的角度讲，这个符号不是必需的。然而，如果程序员想要编写一个重要的内核模块，而且这个内核模块需要在多个操作系统上编译，在这种情况下，程序员将会很高兴自己定义了L I N U X 这个符号。这样一来，在那些依赖于操作系统的部分，这个符号就可以提供条件编译了。 还有其它的一些符号，是否包含它们要取决于在编译内核时使用了哪些命令参数。如果用户不太清楚内核是怎样编译的，可以查看文件/ u s r /i n c l u d e /l i n u x /c o n f i g .h 。 ? _ _SMP_ _—对称多处理。如果编译内核的目的是为了支持对称多处理，在编译时就需要定义这个符号(即使内核只是在一个C P U 上运行也需要定义它)。当然，如果用户使用对称多处理，那么还需要完成其它一些任务(参见第1 2章)。 ? C O N F I G _M O D V E R S I O N S —如果C O N F I G _M O D V E R S I O N S 可用，那么在编译内核模块时就需要定义它，并且包含头文件/ u s r /i n c l u d e /l i n u x /m o d v e r s i o n s .h 。还可以用代码自身来完成这个任务。 完成了以上这些任务以后，剩下唯一要做的事就是切换到根用户下(你不是以r o o t 身份编译内核模块的吧？别玩什么惊险动作哟！)，然后根据自己的需要插入或删除h e l l o 模块。在执行完i n s m o d 命令以后，可以看到新的内核模块在/ p r o c /m o d u l e s 中。 顺便提一下，M a k e f i l e 建议用户不要从X 执行i n s m o d 命令的原因在于，当内核有个消息需要使用p r i n t k 命令打印出来时，内核会把该消息发送给控制台。当用户没有使用X 时，该消息146第二部分Linux 内核模块编程指南
《Linux编程环境》样题及参考答案
《Linux编程环境》期末考试样题 一.(共20分，每小题2分)给出完成下列各项功能所需要命令。陈述利用了该命令的哪个功能或选项。 1.如何得知命令netstat众多选项中哪个选项可以打印出IP路由表？ 答：使用man命令，man命令可以在线查阅命令的使用手册，使用命令man netstat查出netstat命令的使用手册，看看哪个选项和什么命令格式用来打印出ip的路由表。 2.删除文件名为-f的文件。 答：使用rm命令，由于命令会默认以减号开始的命令行参数为命令处理的选项而不是处理对象，所以需要使用特殊的选项--以显式的方式说明选项的结束。命令为rm -- -i 3.在你完成上机作业过程中，使用什么命令将源程序文件mylist.c编译、 链接生成可执行文件？可执行文件是什么名字？如何运行？ 答：使用gcc命令或者make，实现编译和链接 gcc mylist.c –o mylist 或者：make mylist 生成的可执行文件名按照惯例为mylist，一般情况下当前环境变量 PATH不包括当前目录，所以，运行这个可执行程序应当加上当前路径，命令为：./mylist 4.去掉文件list.txt中的所有空行(所谓空行指：行内不含有任何除空格之 外的字符)，存为新文件list-new.txt。 答：使用grep命令可以用正则表达式对文本文件过滤，-v选项用于筛选掉能匹配指定正则表达式的行，描述一个空行的正则表达式为^ *$，即：从行首开始(^)，有零个到多个空格( *)，然后是行尾($)，命令为： grep –v ’^ *$’ list.txt > list-new.txt 5.检索目录src以及其子孙目录中的所有文件名后缀为.c和.h文件，查找 哪些文件中含有字符串TPDU，并列出在这文件中的行号。 答：使用find命令和grep命令。find命令可以在指定的目录树中查找满足某个条件的文件或目录，并对查找到的满足条件的对象执行一个动作。指定查找条件为“文件名后缀为.c和.h”，动作为“查找哪些文件中含有字符串TPDU，并列出在这文件中的行号”，分别是find的 -name和-exec选项。完整的命令为： find src –name ”*.[ch]”–exec grep –n TPDU {} /dev/null \;
Linux内核与驱动开发实验教材
内核与驱动开发实验教材 中程在线 实验一嵌入式开发环境的建立 实验目的 掌握嵌入式开发环境的构建，熟悉课程实验的开发板 掌握安装交叉编译工具的安装方法 掌握的烧写方法 掌握的编译方法 实验内容 安装交叉编译工具 编译 烧写 生成映像 基础知识 交叉编译工具 嵌入式系统的开发中，开发环境被称为主机。因为嵌入式目标系统的资源局限性，不可能完成构建系统的任务，所以需要主机使用交叉编译工具来构建目标系统。 实验使用交叉编译器，与桌面系统采用的编译器是不同，因为实验开发板采用的是处理器。 编译器将使用下列工具 , 与通常在平台上使用的工具不同，交叉编译工具编译处理的执行文件只能够在平台上运行。 嵌入式系统构建 一个嵌入式系统从软件的角度看通常可以分为四个层次： .引导加载程序()。引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。 . 内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。 . 文件系统。包括根文件系统和建立于内存设备之上文件系统。通常用来作为。 .用户应用程序。特定于用户的应用程序。
主要的功能有： 初始化硬件，初始化, , , , 。 启动，这是最重要的功能，保存内核映像到中，并跳转到内核起始地址。 映像下载，下载内核映像和文件系统到，下载只能通过以太网进行。如命令完成文件下载。 内存控制，如命令可以烧写。 机中的引导加载程序由(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘中的（比如，和等）一起组成。在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘中的读到系统的中，然后将控制权交给。的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。 而在嵌入式系统中，通常并没有像那样的固件程序（注，有的嵌入式也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由来完成。在实验开发板（基于3C）的嵌入式系统中，系统在上电或复位时都从地址处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的程序。 简单地说，就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。 通常，是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的设计与实现。 内核是所有系统的中心软件组件。整个系统的能力完全受内核本身能力的限制。 由于内核支持多个架构，由于架构的差异性，每种架构都有不同的团队在维护，所以必须根据架构来选择供应内核的网站。见下表： 架构最合适的内核网站下载方式 等 内核源代码目录树结构说明如下： ：包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应的目录。和位相关的代码存放在目录下，其中比较重要的包括（内核核心部分）、（内存管理）、（浮点单元仿真）、（硬件相关工具函数）、（引导程序）、（总线）和（相关状态）。 ：常用加密和散列算法（如、等），还有一些压缩和校验算法。 ：关于内核各部分的通用解释和注释。 ：设备驱动程序，每个不同的驱动占用一个子目录。 ：各种支持的文件系统，如、、等。 ：头文件。其中，和系统相关的头文件被放置在子目录下。 ：内核初始化代码（注意不是系统引导代码）。 ：进程间通信的代码。 ：内核的最核心部分，包括进程调度、定时器等，和平台相关的一部分代码放在*目录下。：库文件代码。 ：内存管理代码，和平台相关的一部分代码放在*目录下。 ：网络相关代码，实现了各种常见的网络协议。
【IT专家】突破Linux内核模块校验机制
突破Linux 内核模块校验机制 1、为什么要突破模块验证Linux 内核版本很多，升级很快，2 个小内核版本 中内核函数的定义可能都不一样，为了确保不一致的驱动程序导致kernel oops，开 发者加入了模块验证机制。它在加载内核模块的时候对模块进行校验，如果模块与 主机的一些环境不一致，就会加载不成功。看下面一个例子，它简单的输出当期 系统中的模块列表：[root@localhost list]# uname -a Linux localhost.localdomain 2.6.18-128.el5 #1 SMP Wed Jan 21 10:44:23 EST 2009 i686 i686 i386 GNU/Linux 然后拷贝到另一台主机centos5.1xen 上：[root@localhost ~]# uname -a Linux localhost.localdomain 2.6.18-53.el5xen #1 SMP Mon Nov 12 03:26:12 EST 2007 i686 i686 i386 GNU/Linux 用insmod 加载：[root@localhost ~]# insmod list.ko insmod: error inserting ‘list.ko’: -1 Invalid module format 报错了，在看下dmesg 的信息：[root@localhost ~]# dmesg|tail -n 1 list: disagrees about version of symbol struct_module 先不管这是什么，总之我们的模块在另一台2.6.18 的主机中加载失 败。通常的做法et 下来，install 即可。但是它也有很多缺点，比如很不稳定，而 且在2.6.x 后内核已经取消了kmem 这个设备，mem 文件也做了映射和读写的限 制。rk 开发者没法继续sk 的神话了。反过来，如果我们的lkm 后门不需要编译环 境，也可以达到直接insmod 的目的，这是件多么美好的事情，而且lkm 后门更加稳 定，还不用像sk 在内核中添加了很多自己的数据结构。2、内核是怎么实现的 我们去看看内核在加载模块的时候都干了什么，或许我们可以发现点bug，然后 做点手脚，欺骗过去：）grep 下dmesg 里的关键字，看看它在哪个文件中：[root@localhost linux-2.6.18]# grep -r -i ‘disagrees about’kernel/ kernel/module.c: printk(“%s: disagrees about version of symbol %s\n”, 2.6.18/kernel/module.c: insmod 调用了sys_init_module 这个系统调用, 然后进入load_module 这个主函数，它解析 elf 格式的ko 文件，然后加载到内核中：/* Allocate and load the module: note that size of section 0 is always zero, and we rely on this for optional sections. */ static struct module *load_module(void __user *umod, unsigned long len, const char __user
Linux程序设计考试例题
例题1程序A生成1个文件，其大小为1000字节，其内容为小写字母abcd...z的循环。试编写该程序。 文件名t 1.c #include
lseek(fd,-3,SEEK_END); read(fd,x,2); printf("倒数第二和第一字节为%c%c\r\n",x[0],x[1]); close(fd); time_t t; time(&t); printf("当前时间: %s",asctime(localtime(&t)));}例题3产生一个进程树父进程有3个子进程，这三个子进程分别有2个子进程。每个进程退出前打印自己的进程id号 文件名t 3.c #include
Linux字符界面切换到图形界面
Linux字符界面切换到图形界面 由字符界面切换到图形界面可用两种简单方法实现： 1、在字符界面输入startx或init 5 。 2、通过编辑/etc/inittab文件实现默认进入图形界面。 把其中的id:3:initdefault中的3改为5，这样以后系统启动后将直接进入文本模式。 以下是配置引导进入图形模式的etc/inittab文件的部分内容： #Default runlevel.The runlevels used by RHS are: # 0-halt(Do NOT set initdefault to this) # 1 -Single user mode # 2-Multiuser,without NFS(The same as 3,if you do not have networking) # 3-Full multiuser mode # 4-unused # 5-X11 //选择此项，系统在登录时将进入图形化登录界面 # 6-reboot(Do NOT set initdefault to this) # id:3:initdefault: //此处若改为3，系统将被引导进入文本登录提示符界面 linux切换到图形界面与多种模式 1.开机进入文本模式 如果想让开机自动进纯文本模式,修改/etc/inittab,找到其中的id:5:initdefault:,这行指示启动时的运行级是5,也就是图形模式,改成3就是文本模式了id:3:initdefault:,这是因为Linux操作系统有六种不同的运行级（run level），在不同的运行级下，系统有着不同的状态，这六种运行级分别为： 0：停机（记住不要把initdefault 设置为0，因为这样会使Linux无法启动） 1：单用户模式，就像Win9X下的安全模式。 2：多用户，但是没有NFS 。 3：完全多用户模式，标准的运行级。 4：一般不用，在一些特殊情况下可以用它来做一些事情。 5：X11，即进到X-Window 系统。 6：重新启动（记住不要把initdefault 设置为6，因为这样会使Linux不断地重新启动）。其中运行级3就是我们要进入的标准Console字符界面模式。 2.强行退出X-Window进入文本模式 打开一个终端,输入init 3,(注意init后面有一个空格),等一会就进入了图形界面,以上方法切换后,窗口模式完全关闭.如果窗口中有文件未保存,将丢失.(用init 5可以回到图形界面,但原来的进程已死) 方法1：运行命令 #startx ，需要先配置图形界面信息，（暂时不会~）； 方法2：修改/etc/inittab文件中的 id:3:initdefault ，将3改为5 ，重新启动系统； linux字符界面和图形界面切换 Linux忘记root密码怎么办？
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