linux內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)第一頁(yè)，共31頁(yè)。基本知識(shí)2第二頁(yè)，共31頁(yè)。…xyz()…system_call:…sys_xyz()…ret_from_sys_call:…iretxyz(){…int0x80…｝sys_xyz(){…｝用戶(hù)態(tài) 內(nèi)核態(tài)在應(yīng)用程序中使用系統(tǒng)調(diào)用glibc標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的封裝例程（系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)）系統(tǒng)調(diào)用處理程序系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程（內(nèi)核函數(shù)）系統(tǒng)調(diào)用處理過(guò)程3第三頁(yè)，共31頁(yè)。為什么有系統(tǒng)調(diào)用？一般用戶(hù)進(jìn)程不能直接訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)核，不能直接使用或修改內(nèi)核數(shù)據(jù)，以免干擾內(nèi)核程序的執(zhí)行，妨礙系統(tǒng)安全。系統(tǒng)調(diào)用是什么？用戶(hù)進(jìn)程要使用內(nèi)核功能時(shí)，只能通過(guò)內(nèi)核提供的接口——系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)調(diào)用實(shí)際是操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的、功能較強(qiáng)的一系列函數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用好比一個(gè)中間人，把用戶(hù)進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求傳達(dá)給內(nèi)核，待內(nèi)核把請(qǐng)求處理完畢后再將處理結(jié)果送回給用戶(hù)空間。系統(tǒng)調(diào)用是用戶(hù)空間訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核的唯一手段。系統(tǒng)調(diào)用發(fā)生時(shí)會(huì)從用戶(hù)態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，完成功能后又由內(nèi)核態(tài)轉(zhuǎn)回用戶(hù)態(tài)。4第四頁(yè)，共31頁(yè)。使用系統(tǒng)調(diào)用的兩種方式1、通過(guò)C庫(kù)函數(shù)2、使用syscall函數(shù)

syscall函數(shù)原型為：

intsyscall(intnumber,…);通過(guò)指定系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和一組函數(shù)來(lái)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用*2.6.19版前使用_syscall宏C庫(kù)函數(shù)內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用應(yīng)用程序代碼5第五頁(yè)，共31頁(yè)。C庫(kù)函數(shù)系統(tǒng)調(diào)用例子用戶(hù)程序中使用C庫(kù)中的函數(shù)malloc函數(shù)free函數(shù)srccpy函數(shù)open函數(shù)brk系統(tǒng)調(diào)用open系統(tǒng)調(diào)用6第六頁(yè)，共31頁(yè)。系統(tǒng)如何響應(yīng)調(diào)用的？

系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)中的int$0x80匯編指令，會(huì)產(chǎn)生向量為128的異常。內(nèi)核通過(guò)查中斷向量表找到128號(hào)異常對(duì)應(yīng)的處理程序——系統(tǒng)調(diào)用處理程system_call()如何找到對(duì)應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)？

system_call()利用系統(tǒng)調(diào)用號(hào)查系統(tǒng)調(diào)用表sys_call_table，找到對(duì)應(yīng)每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的處理函數(shù)。7第七頁(yè)，共31頁(yè)。實(shí)驗(yàn)8第八頁(yè)，共31頁(yè)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)如何產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用往內(nèi)核中添加一個(gè)新的函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)空間的讀寫(xiě)理解、掌握Linux系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)框架、用戶(hù)界面、參數(shù)傳遞、進(jìn)入/返回過(guò)程。9第九頁(yè)，共31頁(yè)。二、主要實(shí)驗(yàn)環(huán)境Linux環(huán)境：CentOS6.0,linuxkernel2.6.32.71欲編譯內(nèi)核：linux-2.6.35.13命令uname–r10第十頁(yè)，共31頁(yè)。三、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)獲得內(nèi)核源代碼,本次下載的內(nèi)核版本為2.6.35.13將內(nèi)核源碼保存到/usr/src目錄下cd/usr/srctar–xjvflinux-2.6.35.13.tar.bz2tarzxvflinux-2.6.35.13.tar.gz定義系統(tǒng)調(diào)用編號(hào)和修改系統(tǒng)調(diào)用表11第十一頁(yè)，共31頁(yè)。1）系統(tǒng)調(diào)用表

系統(tǒng)調(diào)用表sys_call_table存儲(chǔ)了所有系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的服務(wù)例程的函數(shù)地址。對(duì)于X8632位體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)調(diào)用表位于arch/X86/kernel/syscall_table_32.S文件中定義。系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程的名字均遵守一定的規(guī)則：系統(tǒng)調(diào)用名稱(chēng)前增加“sys_”前綴，比如open系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)sys_open函數(shù)。可以使用man2syscalls瀏覽所有系統(tǒng)調(diào)用的添加歷史12第十二頁(yè)，共31頁(yè)。系統(tǒng)調(diào)用表位置cd/usr/src/linux-2.6.35.13/arch/x86/kernelvisyscall_table_32.S第n個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)了系統(tǒng)調(diào)用號(hào)為n的服務(wù)例程的入口地址的指針修改系統(tǒng)調(diào)用表：將.longsys_my_new_call添加到arch/x86/kernel/syscall_table_32.S中最后一行13第十三頁(yè)，共31頁(yè)。2）系統(tǒng)調(diào)用號(hào)

/arch/x86/include/asm/unistd_32.h

每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)都是唯一的，依次對(duì)應(yīng)sys_call_table中的一項(xiàng)，系統(tǒng)調(diào)用號(hào)寫(xiě)在unistd.h文件中，以“__NR_”開(kāi)頭。

內(nèi)核通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)作為下標(biāo)去獲取sys_call_table中的服務(wù)例程函數(shù)地址。

系統(tǒng)調(diào)用號(hào)一旦分配就不能再有任何變更，系統(tǒng)運(yùn)行中即使該系統(tǒng)調(diào)用被刪除，它所擁有的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)也不能被回收利用。14第十四頁(yè)，共31頁(yè)。對(duì)于32位x86架構(gòu)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)位于arch/x86/include/asm/unistd_32.h15第十五頁(yè)，共31頁(yè)。4.編譯內(nèi)核的方法makemrpropermakecleanmakeoldconfigmakeallmakemodules_installmakeinstall命令“makeall”用于生成期望的內(nèi)核映像及模塊；“makemodules_install”將安裝模塊到“默認(rèn)目錄/lib/module/<內(nèi)核版本號(hào)>”下面；“makeinstall”最終將內(nèi)核映像等幾個(gè)文件復(fù)制到“/boot”目錄，并修改引導(dǎo)程序的配置以啟用該新內(nèi)核。16第十六頁(yè)，共31頁(yè)。以上命令執(zhí)行完畢后，會(huì)在當(dāng)前目錄下生成一個(gè)名為System.map的文件，會(huì)在/usr/src/linux-版本號(hào)/arch/i386/boot/下生成一個(gè)bzImage文件和vmlinuz文件。cd/boot（進(jìn)入/boot目錄）17第十七頁(yè)，共31頁(yè)。5.修改引導(dǎo)程序GRUBcd/boot/grubvimenu.lst

為了以后能直接操作菜單，可把menu.lst文件中hiddenmenu那一行注釋掉（前加#）或刪除，并且可以根據(jù)需要設(shè)置其中的default和timeout的值，分別表示默認(rèn)啟動(dòng)項(xiàng)及等待時(shí)間。18第十八頁(yè)，共31頁(yè)。#hiddenmenudefault=0timeout=15splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gztitlecentos(2.6.35.13)

root(hd0,0)

kernel/vmlinuz-2.6.35.13roroot=/dev/mapper/vg_wufeifei-lv_root

initrd/initramfs-2.6.35.13.imgtitlecentos(2.6.32-71.el6.i686)

root(hd0,0)

kernel/vmlinuz-2.6.32-71.el6.i686roroot=/dev/mapper/vg_wufeifei-lv_root19第十九頁(yè)，共31頁(yè)。reboot重啟系統(tǒng)就可以看到GRUB菜單已經(jīng)包含了新編譯的內(nèi)核選擇新編譯的內(nèi)核啟動(dòng)系統(tǒng)。可用uname–r測(cè)試當(dāng)前內(nèi)核版本號(hào)。任務(wù)完成后也可修改/boot/grub/menu.1st文件中移去不需要的引導(dǎo)內(nèi)核信息20第二十頁(yè)，共31頁(yè)。測(cè)試小例子：在現(xiàn)有的系統(tǒng)中添加一個(gè)傳遞數(shù)值參數(shù)的系統(tǒng)調(diào)用。這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的功能打印傳入內(nèi)核的參數(shù)。主要內(nèi)容：在系統(tǒng)調(diào)用表中添加相應(yīng)表項(xiàng)添加系統(tǒng)調(diào)用號(hào)sys_my_sys_call的實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)用戶(hù)態(tài)測(cè)試程序21第二十一頁(yè)，共31頁(yè)。在系統(tǒng)調(diào)用表中添加或修改相應(yīng)表項(xiàng)

在2.6.35.13的內(nèi)核下，只需要修改arch/x86/kernel/syscall_table_32.S.longsys_rt_tgsigqueueinfo/*335*/.longsys_perf_event_open.longsys_recvmmsg.longsys_my_new_call/*338*/.longsys_pedagogictime/*339*/22第二十二頁(yè)，共31頁(yè)。添加系統(tǒng)調(diào)用號(hào)

系統(tǒng)調(diào)用號(hào)在文件unistd_32.h里面定義這個(gè)文件在kernel2.6.35.13位于/arch/x86/include/asm/unistd_32.h。現(xiàn)在我們?cè)趗nistd.h中添加我們的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)：__NR_my_new_call，如下所示：#define__NR_rt_tgsigqueueinfo 335#define__NR_perf_event_open 336#define__NR_recvmmsg 337#define__NR_my_new_call338#define__NR_pedagogictime33923第二十三頁(yè)，共31頁(yè)。sys_my_new_call函數(shù)實(shí)現(xiàn)cd/usr/src/linux-2.6.35.13/kernel添加一個(gè)打印輸入值的系統(tǒng)調(diào)用visys.c上面在系統(tǒng)調(diào)用表中指明了系統(tǒng)調(diào)用號(hào)_NR_my_new_call對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程是sys_my_new_call24第二十四頁(yè)，共31頁(yè)。重新編譯內(nèi)核。成功后，重啟。此時(shí)，在啟動(dòng)項(xiàng)中有2.6.32和2.6.35兩個(gè)選項(xiàng)，其中新的內(nèi)核是2.6.35。選擇它并進(jìn)入系統(tǒng)。至此，我們已經(jīng)成功添加了一個(gè)自己的系統(tǒng)調(diào)用。編譯成功之后編寫(xiě)用戶(hù)空間程序進(jìn)行測(cè)試testcall.c

#include<linux/unistd.h>intmain(){syscall(338,50);/*338是新添加的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，50是參數(shù)*/return0;}終端編譯

gcca–otestcall運(yùn)行

./a查看結(jié)果：終端運(yùn)行命令dmesg會(huì)看到在最后一行輸出

callnumberis5025第二十五頁(yè)，共31頁(yè)。問(wèn)題A設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的內(nèi)核函數(shù)pedagogictime()，該函數(shù)通過(guò)使用一個(gè)引用參數(shù)的調(diào)用返回當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間。如果flag的參數(shù)為T(mén)RUE，內(nèi)核就把當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間打印輸出 intpedagogictime(intflag,structtimeval*tv) 新函數(shù)基本和gettimeofday()類(lèi)似 cd/usr/src/linux2.6.35.13/kernel vitime.c添加實(shí)現(xiàn)代碼26第二十六頁(yè)，共31頁(yè)。#include<linux/time.h>#include<linux/kernel.h>#include<linux/mm.h>asmlinkageintsys_pedagogictime(intflag,structtimeval*tv){ if(tv){ structtimevalktv; do_gettimeofday(&ktv); if(copy_to_user(tv,&ktv,sizeof(ktv)))return-EFAULT;

} if(flag==true) printk("tv.sec:%ld\n",(*tv).tv_sec); return0;}27第二十七頁(yè)，共31頁(yè)。問(wèn)題B編寫(xiě)用戶(hù)空間程序來(lái)測(cè)試pedagogictime()的執(zhí)行情況#include<linux/time.h>#include<linux/unistd.h>intmain(){structtimevaltv;tv.tv_sec=10;syscall(339,1,&tv);printf(“userfirstgettv_sec\n”,tv.tv_sec);printf(“nowsleep10seconds\n”);sleep(10);printf(“userfirstgettv_sec\n”,tv.tv_sec);return0;}28第二十八頁(yè)，共31頁(yè)。shell下用dmesg命令觀察內(nèi)存打印信息最下面兩行即為內(nèi)核函數(shù)輸出29第二十九頁(yè)，共31頁(yè)。心得、體會(huì)全部編譯一次內(nèi)核會(huì)很長(zhǎng)，大約3個(gè)小時(shí)。編過(guò)一次內(nèi)核后，由于