操作系统实验一：Linux进程管理及其扩展

• 实验目的：

通过实验，加深理解进程控制块、进程队列等概念，了解进程管理的具体实施方法。

• 实验内容：

1. 阅读并分析Linux内核源代码，了解进程控制块、进程队列等数据结构；

2. 实现一个系统调用，使得可以根据指定的参数隐藏进程，使用户无法使用ps或top观察到进程状态。具体要求如下：

（1）实现系统调用int hide(pid_t pid, int on)，在进程pid有效的前提下，如果on置1，进程被隐藏，用户无法通过ps或top观察到进程状态；如果on置0且此前为隐藏状态，则恢复正常状态。

（2）考虑权限问题，只有根用户才能隐藏进程。

（3）设计一个新的系统调用int hide_user_processes(uid_t uid, char *binname)，参数uid为用户ID号，当binname参数为NULL时，隐藏该用户的所有进程；否则，隐藏二进制映像名为binname的用户进程。该系统调用应与hide系统调用共存。

（4）在/proc目录下创建一个文件/proc/hidden，该文件可读可写，对应一个全局变量hidden_flag，当hidden_flag为0时，所有进程都无法隐藏，即便此前进程被hide系统调用要求隐藏。只有当hidden_flag为1时，此前通过hide调用要求被屏蔽的进程才隐藏起来。

（5）在/proc目录下创建一个文件/proc/hidden_process，该文件的内容包含所有被隐藏进程的pid，各pid之间用空格分开。

• 实验步骤：

（1）新增系统调用 hide 并且（2）考虑权限问题

设计思路和流程图：

1. 在 include/linux/sched.h 中修改 task_struct，添加成员 cloak，0 表示进程显示，1 表示进程隐藏：

1. 在进程创建时，将task_struct的成员cloak初始化为未隐藏。fork系统调用的实现代码在kernel/fork.c中，具体实现的主要函数为do_fork，do_fork中调用copy_process函数创建子进程，建议将初始化cloak的代码添加在copy_process函数中：
2. 

1. 打开文件 arch/i386/kernel/syscall_table.S，新增系统调用的名称：
2. 

1. 在 include/linux 目录下新建 hide.h 头文件：
2. 在 kernel 目录下新建 hide.c 文件：
3. 修改 kernel/Makefile，添加 hide.o，使得 hide.c 在编译时可见：
4. 找到文件 include/asm-i386/unistd.h，加上 hide 系统调用号的宏定义：
5. 修改 include/linux/syscalls.h。添加 sys_hide 的声明
6. 修改 fs/proc/base.c 中的 proc_pid_readdir 函数以及proc_pid_lookup 函数，当 cloak=1 时隐藏，当 cloak=0 时不隐藏：

主要数据结构及其说明：

使用 task_struct，通过 hide.c 中 on 对结构体中 cloak 的赋值，改变进程

的状态。

源程序并附上注释（关键部分）：

1. hide.c 程序

首先进行判断，只有 root 用户才可以进行操作。通过使用 find_task_by_pid 获取给定进程 pid 的结构体 task_struct。

进行判断，如果参数 on=1 则隐藏该进程；如果 on=0 则显示该进程。

在隐藏操作之后通过函数 proc_flush_task 清空缓存，接触现有的 dentry

项。

1. 测试程序:

用户通过输入 uid 选择需要隐藏的进程；通过输入 status 设置 on 值，on=0

显示进程，on=1 隐藏进程。

#include<stdio.h>

#include<sys/syscall.h>

#include<unistd.h>

int main()

{

/*

 * user input first number as uid

*/

    int pid_input=0;

    printf("Please input the pid: \n");

    scanf("%d",&pid_input);

    int syscallNum=321;//hide

    pid_t pid=pid_input;

/*

 * user input second number as on(status)

*/

    int status=0;

    printf("Please input the on status: (1->the process hidden;0->the process shown)\n");

    scanf("%d",&status);

    int on=status;//hidden/shown

    syscall(syscallNum,pid,on);

    return 0;

}

程序运行结果及分析：

首先使用 ps aux 指令查看所有进程：

尝试在用户态隐藏进程 76：

用户可以根据自身需求通过输入 pid 隐藏进程，同时可以根据需求设置on值选择隐藏或是显示某进程,再通过 ps aux 查看进程：

可以看到76号进程依然显示。这是因为考虑权限问题，只有 root 用户可以通过 hide 隐藏进程。

下面进入 root 再次重复上面的操作：

可以看到在 root 态，通过调用 hide 函数隐藏76号进程可以实现将该进程隐藏。

下面通过将 on 值设置为 0 恢复 76号进程的显示：

可以看到通过调用 hide 函数，选择进程76并将 on 值设置为 0，恢复了

进程76号的显示。

(3) 新增系统调用 hide_user_processes

设计思路和流程图：

1. 打开文件 arch/i386/kernel/syscall_table.S，新增系统调用的名称。

2. 在 include/linux 目录下新建 hide_user_processes.h 头文件

3. 在 kernel 目录下新建 hide_user_processes.c 文件

4.修改 kernel/Makefile，添加 hide_user_processes.o 使得hide_user_processes.c 在编译时可见

5. 找到文件 include/asm-i386/unistd.h，加上 hide_user_processes 系统调

用号的宏定义：

6. 修改 include/linux/syscalls.h。添加 sys_hide_user_processes 的声明

主要数据结构及其说明：

通过改变结构体中 cloak 的值，控制进程的隐藏/显示状态。

源程序并附上注释（关键部分）：

hide_user_processes.c：

首先进入判断：如果参show_all=0，则隐藏相应进程；如果 show_all=1且当前为 root，则显示所有进程，即置所有进程cloak=0。

判断只有 root 用户才能隐藏相应进程。

当 binname=NULL 时，隐藏所有给定 uid 的进程，即将该 uid 所有进程 cloak

置为 1.当binname为给定值时，只隐藏该进程。：

#include<linux/linkage.h>

#include<linux/types.h>

#include<linux/sched.h>

#include<linux/pid.h>

#include<linux/proc_fs.h>

#include<linux/string.h>

asmlinkage int sys_hide_user_processes(uid_t uid,char *binname,int show_all)

{

/*

 * if binname == NULL,hide all processes of given uid

*/

    struct task_struct *p=NULL;

    if(show_all==0)

    {

        if(current->uid==0)//root only

        {

            /*

             * if binname == NULL,hide all processes of given uid

             */

            if(binname==NULL)

            {

                for_each_process(p)

                {

                    if((p->uid)==uid)

                    {

                        p->cloak=1;//hide all processes

                        proc_flush_task(p);

                    }

                }

                printk("All processes of uid %d are hidden. \n",uid);

            }

            else

            {

               /*

                *hide the process of the corresponding name

                */

               for_each_process(p)

               {

                   char *s=p->comm;

                   if(strcmp(s,binname)==0 && p->uid==uid)

                   {

                       p->cloak=1;

                       printk("Process %s of uid %d is hidden. \n",binname,uid);

                       proc_flush_task(p);

                   }

               }

            }

         }

 else//not root

             printk("Permission denied. \n");

    }

    else if(show_all  != 0 && (current->uid)==0)//show all of the processes,hidden or not

    {

        for_each_process(p)

        {

            p->cloak=0;

        }

    }

    return 0;

测试程序：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<sys/syscall.h>

#include<unistd.h>

int main()

{

/*

 * 用户输入uid

 *0->root;500->seu

*/

    int uid_input=0;

    printf("Please input the uid: (0->root;500->seu)\n");

    scanf("%d",&uid_input);

    int syscallNum=322;

    uid_t uid=uid_input;

/*

 *用户输入binname，如果binname==NULL所有进程都会被隐藏

*/

    printf("Please input the binname: (NULL->all processes)\n");

    char *binname=(char*)malloc(1024*sizeof(char));

    scanf("%s",binname);

    char *judge="NULL";//to judge ? NULL

    if(strcmp(binname,judge)==0)binname=NULL;//NULL

    int status=0;

/*

 *用户输入status,0->default;1->show all processes

*/

    printf("Please input the recover_status: (0->default;1->show all processes)\n");

    scanf("%d",&status);

    int recovery_status=status;

    syscall(syscallNum,uid,binname,recovery_status);

    free(binname);

    return 0;

}

程序运行结果及分析：

首先使用 ps aux 查看进程

隐藏 seu 的所用进程（即输入 uid=500）：

用户可以根据自身需求选择 root（0）或者 seu（500），同时可以根据需

求设置 binname 隐藏某特定进程，同时可以设置 recover_status 选择恢

复进程或者隐藏进程,使用 ps aux 查看进程：

seu的所有进程都被隐藏了。

隐藏 pid=1 的 init 进程（即 binname 输入 init）：

查看进程：

pid=1 的进程被隐藏。

通过设置 recover_status=1 恢复已经被隐藏的进程：

查看进程：

被隐藏的进程恢复正常。

隐藏所有 root 进程：

查看进程：

root 进程都已经被隐藏，除了4487和4587两个root 进程。这是因为4487号进程是当前打开的 terminal，而4587号进程即 ps aux 指令是在执行 hide_user_processes 之后执行的指令。所以这两个 root 进程依旧正常显示。

(4) 在/proc 目录下创建一个文件/proc/hidden

设计思路和流程图：

1.设置全局变量 hidden_flag。在 fs/proc 目录下创建 var.h 文件，定义全局变量 hidden_flag，其它文件中需要用到这个全局变量的时候，需使用include包含这个头文件。

2. 实现 hidden 文件的创建和读写

proc 文件系统在初始化函数 proc_root_init 中会调用 proc_misc_init 函

数，此函数用于创建/proc 根目录下的文件，那么将创建 hidden 文件的代码

插入到此函数中就可以在 proc 初始化时得到执行。

添加回调函数。在/fs/proc/proc_misc.c 中 proc_misc_init 函数的最后添

加创建 hidden 文件的代码，并指定其回调函数。

1. 结合上面根据cloak判断进程，这个实验与之类似，只需在fs/proc/base.c文件中，修改proc_pid_readdir函数以及proc_pid_lookup函数，在cloak判断之前，增加hidden_flag对进程的约束：

主要数据结构及其说明：

通过使用 PCB 和结构体完成 hidden 相应功能。

源程序并附上注释（关键部分）：

在 proc_misc.c 中添加回调函数。初始化 hidden_flag=1，BUF_LEN=128。在

函数 proc_read_hidden 中通过 sprintf 函数将 hidden_flag 的值传给 page，

再返回 len 值。

在 proc_write_hidden 函数中通过 copy_from_user 函数将所输入的值传递

给 temp，再从 temp 中得到值传递给 hidden_flag。

创建hidden文件的代码，使用的是create_proc_entry函数，然后指定其回调函数。

struct proc_dir_entry *ptr=create_proc_entry("hidden",0644,NULL);

ptr->read_proc=proc_read_hidden;

ptr->write_proc=proc_write_hidden;

程序运行结果及分析：

首先通过调用 hide_user_process 隐藏进程，查看进程，所有 seu 进程都已经被隐藏：

设置 hidden_flag 值，将 hidden_flag 值设置为 0：

查看进程，发现所有进程都处于显示状态，即无法隐藏：

将 hidden_flag 值设置为 1：

查看进程：

之前被隐藏的 seu 进程又处于隐藏状态。

(5) 在/proc 目录下创建一个文件/proc/hidden_process  

设计思路和流程图：

hidden_process 用于存储所有被隐藏进程的 pid。该文件只需要设计回调函

数即可。

进行判断，只有当 hidden_flag=1 时，才将被隐藏的进程的 pid 写入该文件。

还是上一次的那个proc_misc.c程序

然后重新编译安装内核，重启后测试。

主要数据结构及其说明：

使用了结构体、进程控制块、进程队列等数据结构。

源程序并附上注释（关键部分）：

hidden_process 用于存储所有被隐藏进程的 pid。该文件只需要设计回调函

数即可。

进行判断，只有当 hidden_flag=1 时，才将被隐藏的进程的 pid 写入该文件。

程序运行结果及分析：

首先，ps aux,查看当前进程：

通过调用 hide 隐藏 pid=1 的进程：

ps aux查看进程，发现 pid=1 进程已经被隐藏：

通过指令：cd /proc 继而cat hidden_process 查看文件内容，可以发现文件包含所有被隐藏进程的 pid，此处即 pid=1：

恢复 pid=1 进程：

再次查看 hidden_process 文件内容，发现内容为空：

通过 hide_user_processes 隐藏 seu 所有进程：

通过指令 cat hidden_process 查看该文件内容，可以发现该文件包含所

有被隐藏进程的 pid：

恢复所有被隐藏进程：

再次打开 hidden_process：

发现 hidden_process 内容为空，即没有被隐藏的进程。

• 实验体会：

实验中有一次遇到过这样的问题：

当时百思不得其解，反复检验代码，最后通过对比文件中原有的头文件，终于发下端倪，因为我添加的头文件var.h与该程序在同一级文件夹下，所以不应该使用#include<var.h>而应该是#include”var.h”，果然这样改过之后，就正确的make all了。

在做实验0的时候，在这个地方一直报错，后来在群里看了老师的解答，原来是实验手册出了问题，正确做法不是把头文件加在最开始，而是应该加在其他头文件的后面。这样修改以后，果然不再有问题了。

最开始做的时候，make mrproper一直出现报错，后来发现，在root下做，就不会有问题，原来是权限的问题。

在做的时候，想过使用vim，但是发现系统并没有预装，参照网上教程也一直出现问题：

最后请教老师，但是老师也不知道因为什么，只好不了了之，全程使用vi命令。

还有就是，在最开始做的时候，只知道无脑跟着实验手册，也没有看是否有报错，然后会出现各种稀奇古怪的问题：

后来实在没有办法，就选择重装了一次系统，这一次，认真研究，开动脑筋，这才一步步的把实验做完，通过本次实验，我深刻的认识到，千万不要迷信实验手册，一定要自己着手解决问题才行！