Para modelar o funcionamento de um computader de programa armazenado, podemos usar o QEMU para emular uma plataforma de hardware x86 e modificar o kernel Linux para incluir tratamento de interrupções de clock. O processo envolve configurar o ambiente, obter o código-fonte do kernel, implementar módulos personalizados e executar o sistema.

Configuração do Ambiente com QEMU

Instale o sistema QEMU para virtualização de x86:

sudo apt-get install qemu-system-x86

Obtanção do Código-Fonte do Kernel Linux

Baixe e extraia a versão 3.9.4 do kernel Linux:

wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.4.tar.xz
xz -d linux-3.9.4.tar.xz
tar -xvf linux-3.9.4.tar
cd linux-3.9.4

Implementação de Módulos Personalizados no Kernel

Crie um diretório para o módulo customizado e modifique os arquivos relevantes do kernel.

Crie o diretório custom_kernel dentro do código-fonte do kernel:

mkdir custom_kernel

Modifique include/linux/timer.h para declarar a rotina de tratamento de interrupção:

// Na linha 254 de timer.h
extern void handle_clock_interrupt(void);

Atualize arch/x86/kernel/time.c para integrar a rotina personalizada:

// Em time.c, na linha 16
#include <linux/timer.h>

// Dentro da função timer_interrupt(), na linha 61
handle_clock_interrupt();

// Em setup_default_timer_irq(), na linha 73
printk(KERN_NOTICE "Interrupção de clock configurada\n");

Modifique include/linux/start_kernel.h para adicionar a declaração da função de inicialização customizada:

// Na linha 11 de start_kernel.h
extern void __init kernel_main_loop(void);

Altere init/main.c para chamar a função personalizada dentro de start_kernel():

// Na linha 643 de main.c (no contexto de start_kernel)
kernel_main_loop();

Atualize o Makefile principal para incluir o diretório customizado na compilação:

# Na linha 736 do Makefile
core-y        += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ custom_kernel/

Crie um Makefile dentro de custom_kernel:

obj-y     = kernel_init.o clock_handler.o

Implemente a rotina de tratamento de interrupção no arquivo clock_handler.c:

#include <linux/kernel_stat.h>
// Outros includes necessários ...

void handle_clock_interrupt(void) {
    printk(KERN_NOTICE "\n>>>>>>>>>>> Rotina de interrupção de clock executada <<<<<<<<<<<<<\n\n");
}

Desenvolva a função de inicialização personalizada no arquivo kernel_init.c:

#include <linux/types.h>
// Outros includes necessários ...

void __init kernel_main_loop(void) {
    int iteration = 0;
    while(1) {
        iteration++;
        if(iteration % 100000 == 0)
            printk(KERN_NOTICE "Kernel customizado ativo, iteração: %d\n", iteration);
    }
}

Compilação e Execução do Kernel Customizado

Compile o kernel com configuração mínima e execute-o no QEMU:

make allnoconfig
make

qemu-system-i386 -kernel arch/x86/boot/bzImage

Se ocorrer erros de compilação relacionados ao compilador, como no such file compiler-gcc11.h, renomeie o arquivo existente para resolver:

mv include/linux/compiler-gcc3.h include/linux/compiler-gcc11.h

No kernel Linux, a execução começa pela função start_kernel() em init/main.c. Quando o kernel é executado no QEMU, a função kernel_main_loop() é chamada continuamente, simulando o ciclo de instruções de um computador de programa armazenado, enquanto interrupções de clock periódicas acionam handle_clock_interrupt(), demonstrando o mecanismo de interrupção.