高中信息技术教学论文 基于Linux内核的键盘模拟实现

用心 爱心 专心1 基于基于 LinuxLinux 内核的键盘模拟实现内核的键盘模拟实现 关键词 系统调用 勾子函数 键盘模拟 1 引言 当前 由于 Linux 资源完全公开 使得 Linux 的发展日益广泛快速 基于 Linux 的各种应 用已逐渐深入日常生活的方方面面 尤其是在嵌入式领域 由于内核可裁减定制 因此可 随意地根据用户需求进行整个系统的定制与重构 其中 我们可以通过对各种标准外部设 备的驱动进行改造 从而实现用户对标准设备的特定需求 例如可以通过对键盘的模拟来 实现操作的自动化 从而可以避免重复的键盘操作 2 Linux 内核支持的外部调用接口 由于 Linux 内核作为系统最深层次的核心 因此外部的开发人员并不能直接对内核进行操 作 然而在一些应用程序的开发过程中 又不得不使用内核的某些功能 因此就提供了一 些外部接口供开发人员直接与底层内核打交道 2 1 中断 在 Linux 下 硬件中断叫做 IRQ Interrupt Requests 有两种 IRQ 短类型和长类型 短 IRQ 需要很短的时间 在此期间机器的其他部分被锁定 而且没有其他中断被处理 一 个长 IRQ 需要较长的时间 在此期间可能发生其他中断 但不是发自同一个设备 如果可 能的话 最好把一个中段声明为长类型 如果 CPU 接到一个中断 它就会停止一切工作 除 非它正在处理一个更重要的中断 在这种情况下要等到更重要的中断处理结束后才会处理 这个中断 把相关的参数存储到栈里 然后调用中断处理程序 这意味着在中断处理程序 本身中有些事情是不允许的 因为这时系统处在一个未知状态 解决这个问题的方法是让 中断处理程序做需要马上做的事 通常是从硬件读取信息或给硬件发送信息 然后把对新 信息的处理调度到以后去做 实现的方法是在接到相关的 IRQ 在 Intel 平台上有 16 个 IRQ 时调用中断处理程序 这个 函数接到 IRQ 号码 函数名 标志 一个 proc interrupts 的名字和传给中断处理程序的 一个参数 标志中可以包括 SA SHIRQ 来表明你希望和其他处理程序共享此 IRQ 通常很多 设备公用一个 IRQ 或者一个 SA INTERRUPT 表明这是一个紧急中断 这个函数仅在此 IRQ 没有其他处理程序或需要共享所有处理程序时才会成功运行 2 2 系统调用 系统调用发生在用户进程 通过一些特殊的函数来请求内核提供服务 这时 用户进程被 挂起 内核验证用户请求 尝试执行并把结果反馈给用户进程 接着用户进程重新启动 一般当前系统的系统调用作为一张表 sys call table 进行定义的 是由指向实现各种系统 调用的内核函数的函数指针组成的表 具体参数参见 Linux 内核源代码 arch i386 kernel entry S 文件中 ENTRY sys call table l long SYMBOL NAME sys ni syscall 0 old setup system call l long SYMBOL NAME sys exit l long SYMBOL NAME sys ni syscall 用心 爱心 专心2 streams2 l long SYMBOL NAME sys vfork 190 2 3 钩子函数 钩子 HOOK 是 Linux 系统中非常重要的系统接口 用它可以截获并处理送给其他应用程序 的消息 来完成普通应用程序难以实现的功能 钩子可以监视系统或进程中的各种事件消 息 截获发往目标的消息并进行处理 这样就可以在系统中安装自定义的钩子 监视系统 中特定事件的发生 完成特定的功能 比如截获键盘 鼠标的输入 屏幕取词 日志监视 等等 可见 利用钩子可以实现许多特殊而有用的功能 3 键盘工作机理 CPU 对外部设备的管理是通过中断程序进行的 键盘也是一种外部设备 因此 CPU 对键盘 的管理也是通过中断进行的 当你击打键盘的时候 键盘控制器会向 CPU 提出中断申请 C PU 响应此中断进行处理 这就完成了一次很简单与人之间通过键盘进行的交互 首先 当输入一个键盘值的时候 键盘将会发送相应的 scancodes 给键盘驱动 一个独立 的击键可以产生一个六个 scancodes 的队列 键盘驱动中的 handle scancode 函数解析 scancodes 流并通过 kdb translate 函数里的转换表 translation table 将击键事件和 键的释放事件 key release events 转换成连续的 keycode 例如 a 的 keycode 是 30 击键 a 的时候便会产生 keycode 30 释放 a 键的时候会产生 keycode 158 128 30 然后 这些 keycode 通过对 keymap 的查询被转换成相应 key 符号 获得的字符被送入 raw tty 队列 tty flip buffer receive buf 函数周期性的从 tty flip buffer 中获得字 符 然后把这些字符送入 tty read 队列 当用户进程需要得到用户的输入的时候 它会在进程的标准输入 stdin 调用 read 函数 sys read 函数调用定义在相应的 tty 设备 如 dev tty0 的 file operations 结构中指 向 tty read 的 read 函数来读取字符并且返回给用户进程 4 键盘模拟的实现 通常情况下 对键盘模拟的实现一般是通过写一个自己的键盘中断句柄来实