为Linux-3.10.1内核添加系统调用

Posted 2020-10-23 冰冻三尺非一日之寒

转载自 灵跃云 ：原文链接   

1.    写在前面

        系统调用是操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口。通过这组“特殊”接口，用户程序可以获得操作系统内核提供的服务，如文件系统相关系统调用提供的打开文件、关闭文件或读写文件服务，时钟相关的系统调用提供的获取系统时间、设置系统时间服务等。

        从逻辑上来说，系统调用可被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——好比一个中间人，把用户进程的请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户进程。

        一个系统调用的典型调用过程如下图所示。

 

        系统调用的作用：

        系统服务之所以需要通过系统调用提供给用户空间，其根本原因是为了对系统进行“保护”。我们知道操作系统的运行空间分为内核空间与用户空间，它们各自运行在不同的级别中，逻辑上相互隔离，故用户进程在通常情况下不允许访问内核数据、不允许使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间的函数。但是很多情况下，用户进程需要获得系统服务（调用系统程序），这时就必须利用系统提供给用户的“特殊”接口——系统调用，其特殊性在于规定了用户进程进入内核的具体位置，即用户访问内核的路径是事先规定好的，只能从规定位置进入内核，而不准许肆意跳入内核。有了上述陷入内核的统一访问路径限制，才能有效保证系统内核的安全。我们可以形象地描述上述机制：作为一个游客，你可以买票要求进入野生动物园，但你必须老老实实的坐在观光车上，按照规定的路线观光游览。当然，不准下车，因为那样太危险，不是让你丢掉小命，就是让你吓坏了野生动物。

        在前述文章“Linux-3.10.1内核的编译和安装”（详见http://www.lingyuecloud.com/Index/details/id/58.html）中，我们知道利用Linux内核的开源特性，可以对Linux系统进行定制化开发、编译和安装。例如，通过修改Linux内核源码，我们定制化开发了一个新功能，那么如何在应用程序中使用这个新功能呢？为此，我们还需要为“应用程序”与“内核中新增的新功能”建立桥梁——即一个能够连接两者的系统调用。

        假设我们已经获得了Linux-3.10.1的源码包linux-3.10.1.tar.bz2，解压该源码包后得到linux-3.10.1文件夹，并切换到该文件夹下（如何获取包linux-3.10.1.tar.bz2？如何解压？请详见http://www.lingyuecloud.com/Index/details/id/58.html——“Linux-3.10.1内核的编译和安装”）。接下来，灵跃桌面云将以Linux-3.10.1内核为例，详细描述为内核添加一个新的系统调用的过程，下述所有操作都在linux-3.10.1目录下进行。

 

2.    环境说明

 

注：在下述描述中，涉及在服务器Ubuntu 12.04操作系统环境上的所有操作，均以root身份登录并执行。

 

3.    为Linux-3.10.1内核添加一个系统调用

 

3.1  系统调用号

 

        Linux系统调用号的作用是在系统调用过程中，将其数值作为下标的在系统调用表中进行索引，从而得到处理该系统调用的函数的地址。

        每个系统调用都有一个唯一的系统调用号，应用程序可以通过系统调用号调用指定的系统调用。

3.2  系统调用表

 

        与Windows系统中的SSDT(System Services Descriptor Table)的作用一样，Linux系统调用表保留着处理各个系统调用的函数的入口地址；其实际上是一个二维的指针数组[X][Y]，X代表系统调用号，Y代表系统调用函数的入口地址。

3.3  添加系统调用lingyuecloudsyscall

 

        1)        添加自定义的系统调用源代码

        在“linux-3.10.1/kernel”目录下的sys.c文件中添加自定义的系统调用lingyuecloudsyscall的实现函数。

        打开sys.c文件，添加以下示例代码：

        #vim kernel/sys.c

asmlinkage long sys_lingyuecloudsyscall (int number){ printk("hello lingyuecloud!Call number is %d\\n",number); return number; }

 

        2)        修改系统调用表

        系统调用表文件在“linux-3.10.1/arch/x86/syscalls”目录下的syscall_64.tbl文件中。

        打开syscall_64.tbl，添加新的系统调用指针，如下所示：

        #vim arch/x86/syscalls/syscall_64.tbl

314   64     lingyuecloudsyscall      sys_ lingyuecloudsyscall;

        如下图所示：

 

        其中，314为lingyuecloudsyscall的系统调用号，应用程序可通过此调用号调用lingyuecloudsyscall系统调用，也可以使用其它的系统调用号，但注意不能与已有的系统调用号重复。64表示适配于64位系统内核环境，相关描述详情可查阅https://en.wikipedia.org/wiki/X32_ABI。

        3)        添加系统调用lingyuecloudsyscall的函数声明

        在“linux-3.10.1/include/linux/”目录下的syscalls.h文件中添加函数声明。

        打开syscalls.h，在倒数第二行添加下面内容：

        #vim include/linux/syscalls.h

asmlinkage long sys_lingyuecloudsyscall(int num);

        如下图所示：

 

        4)        重新编译

        5)        内核

        编译过程详见http://www.lingyuecloud.com/Index/details/id/58.html——“Linux-3.10.1内核的编译和安装”。

        6)        测试系统调用

        编写测试程序lingyuecloud_test.c：

#include<stdio.h> #include<linux/unistd.h> #include<sys/syscall.h> int main() {       long a;       a = syscall(314,100);  //调用第314号系统调用，即sys_lingyuecloudcall();       printf("The number is%d\\n",a);       return 0; }

 

        编译测试程序：

        #gcc -o lingyuecloud lingyuecloud_test.c

        测试结果如下图所示：

 

        如果能够看到上述结果，表示你的第一个自定义系统调用已经添加成功。