《计算机论文：基于Linux内核的键盘模拟实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机论文：基于Linux内核的键盘模拟实现（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机论文：基于 Linux 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
2、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
3、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。计算机论文这意味着在中断 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 IR
4、Q)，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 lo
5、ng SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* 0 - old “setup()“ system call*/ l long SYMBOL_NAME(sys_exit) l long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* 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
6、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，CPU 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
7、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t
8、ty_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现，但这种方 法容易导致系统崩溃。因此,在这种方法的基础上可以利用勾子函数来实现。 如附图所示，这里主要用到的勾子函数包括 handle_
9、 scancode()，put_queue()，receive_buf()， tty_read()和 sys_read()等函数。附图 键盘驱动原理图4.1 handle_scancode 函数 handle_scancode 函数是键盘驱动程序中的一个入口函数(参见文件 /usr/src/linux/drives/char/keyboard.c): void handle_scancode(unsigned char scancode, int down); 这里通过替换原始的 handle_scancode()函数来实现纪录所有的 scancode。即将原始的值保 存，把新的值注册进去，从
10、而实现所需要的功能，最后再调用回到原始值的情况下。当此新的功能函数完成后，我们就可以记录下键盘上的正确的 击键行为了(其中可以包括一些特殊的 key，如 ctrl， alt，shift，print screen 等等)。 4.2 put_queue 函数 handle_scancode()函数会调用 put_queue 函数，用来将字符放入 tty_queue。 put_queue 函数在内核中定义如下: void put_queue(int ch) wake_up( if (tty) tty_insert_flip_char(tty, ch, 0); con_schedule_flip(tt
11、y); 4.3 receive_buf 函数 底层 tty 驱动调用 receive_buf()这个函数用来发送硬件设备接收处理的字符。参见 /usr/src/linux/drivers/char/n_tty.c: static void n_tty_receive_buf(struct tty_struct *tty, const unsigned char *cp, char *fp, int count) 参数 cp 是一个指向设备接收的输入字符的 buffer 的指针。参数 fp 是一个指向一个标记字 节指针的指针。在具体的实现中，先保存原始的 tty receive_buf()函数，
12、然后重置 ldisc.receive_buf 到自定义的 new_receive_buf()函数来记录用户 的输入。 例如:要记录在终端 tty1 设备上的输入。 int fd = open(“/dev/tty1“, O_RDONLY, 0); struct file *file = fget(fd); struct tty_struct *tty = file-private_data; /保存原始的 receive_buf()函数 old_receive_buf = tty-ldisc.receive_buf; /替换成新的 new_receive_buf 函数 tty-ldisc.rec
13、eive_buf = new_receive_buf; /新的 new_receive_buf 函数 void new_receive_buf(struct tty_struct *tty, const unsigned char *cp, char *fp, int count) logging(tty, cp, count); /纪录用户击键 /* 调用回原来的 receive_buf */ (*old_receive_buf)(tty, cp, fp, count); 4.4 tty_read 函数 当一个进程需要通过 sys_read()函数来读取一个 tty 终端的输入字符时，tty
14、_read 函数就会被 调用。参见文件/usr/src/linux/drives/char/tty_io.c: static ssize_t tty_read(struct file * file, char * buf, size_t count, loff_t *ppos)5 结束语 目前，利用勾子函数实现基于 Linux 内核的键盘模拟的这种方法使用非常灵活，同时也可 以跨平台进行移植，可通过 tty 和 pts 来记录下本地和远程会话的所有击键动作，并且也支持一些特殊的按键。当然，要使键盘模拟更灵活，下一步还 需要更多的改进，例如增加多种不同日志记录模式的支持等。本文由无忧论文网(会计
15、)发表中心独家提供资源，如有雷同，纯属盗版。 欢迎各位光临获取更多有用资料。 无忧论文网：http:/ 教育论文网:http:/ 第一论文网 http:/ 核心论文发表网：http:/www.51fabiao.org 古玩网 http:/www.china- 中国元素网 http:/www.china- 蜂朝网 http:/ http:/ 蜂朝百科 http:/ 蜂朝教育导航 http:/ 代写论文价格:http:/ 代写硕士论文价格:http:/ 无忧公文网:http:/ 毕业论文网:http:/ 公文网 http:/ 公文范文 http:/ 文秘网 http:/ 公文写作 http:/ 收集一些比较经典的论文发表网站与教育资料网供大家多多交流哦。 无忧论文网 QQ：357500023 发表:15221741752 QQ:869156324
