Linux系统调用

Posted 2023-02-20 tommybjia

 

一、      实验目的和要求

1.    学习Linux内核的配置和编译；

2.    深入理解Linux系统调用；

3.    理解ARM和x86的CPU模式（系统模式、用户模式）的不同；

4.    掌握内核模块的编写方法。

 

二、      实验器材

1.    Linux实验板卡一块；

2.    5V/1A电源一个；

3.    microUSB线一根

4.    MacOS一台

5.    USE－TTL串口线一根

6.    以太网线一根

7.    交叉编译软件

 

三、      实验内容和原理

1．寻找、下载Linux实验板卡所用的Linux内核源码；

2．在内核中加入新的系统调用，具体功能没有要求，能输出调试信息即可；

3．修改内核代码配置，编译内核；

4．将编译好的内核装载到板卡启动；

5．编写C代码，用两种方法做系统调用，测试；

a)     嵌入汇编代码，用r9传参数；

b)     用syscall()函数；

6．编写内核模块，在模块加载和卸载时能通过内核打印函数输出提示信息；

7．通过insmod和lsmod等命令测试内核模块。

 

四、      实验过程和数据记录

1.    下载Linux内核源码以及修改

可以使用git clone https://github.com/raspberrypi/linux来下载Linux内核源码。由于文件太大，clone较慢，所以直接选择下载zip文件。

2.    在内核中加入新的系统调用

新的系统调用需要在源码系统调用表arch/arm/kernel/call.s中添加，由于223号系统调用在syscall_table中没有使用，所以可以修改为我们的调用。

之后修改MakeFile，使得自定义的系统调用实现链接到内核里去。

3.    修改内核代码配置，编译内核

我们采用交叉编译的方式编译内核，https://github.com/raspberrypi/tools中提供了数套较差编译工具链，我们使用gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian作为我们编译内核的工具。

在编译前，我们先查看树莓派内核的版本

首先将其添加到PATH，之后设置.config文件，其中的bcm2709_defconfig为raspberry2代3代的默认配置文件，直接使用即可。

make bcm2709_defconfig ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-zlmage modules dtbs

编译完成后，安装相关文件到树莓派SD卡上，生成内核镜像kernel7.img

sudo make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- INSTALL_MOD_PATH=mnt/ext4 modules_install sudo scripts/mkknlimg arch/arm/boot/zlmage mnt/fat32/kernel7.img

安装4.4.11版本的内核后，可以看到其内核已经更新

 

4.     编写C代码，用两种方式做系统调用

a)     方法一：嵌入汇编代码，用r0传参数

#include <stdio.h> int main()   __asm__ __volatile__(“mov r0. #12”);   __asm__ __volatile__(“swi 0x900000+223\\n\\t”);   return 0;

通过r0寄存器，传入12为参数

b)     方法二：用syscall()函数调用

#include <sys/syscall.h> #include <unistd.h> int main()   int arg=123;   syscall(223,arg);   return 0;

 

 

 

 

 

传入syscall参数为123。

 

5.     Linux内核模块

Linux内核模块能更方便地调用内核功能，而无需重新编译内核。其中初始化内核模块时会默认调用init_module，从内核中移除时会默认调用cleanup_module，下面编写这两个函数。

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h>   int init_moduel(void)   printk(“Hello! Inserting module\\n”);

void cleanup_module(void)   printk(“Bye! Removing module\\n”);   MODULE_LICENSE(“GPL”);

编译后，生成后缀为ko的内核模块，使用insmod插入内核模块时，可以看到内核日志中带有初始化的信息提示，通过lsmod可以看到其已经加载到内核中，rmmod后可以看到移除后的内核消息提示。