在Linux中添加新的系統調用

火星人 @ 2014-03-24 , reply:0



系統調用是應用程序和操作系統內核之間的功能介面。其主要目的是使得用戶
可以使用操作系統提供的有關設備管理、輸入/輸入系統、文件系統和進程式控制制、
通信以及存儲管理等方面的功能,而不必了解系統程序的內部結構和有關硬體細
節,從而起到減輕用戶負擔和保護系統以及提高資源利用率的作用。

  Linux操作系統作為自由軟體的代表,它優良的性能使得它的應用日益廣泛,
不僅得到專業人士的肯定,而且商業化的應用也是如火如荼。在Linux中,大部分
的系統調用包含在Linux的libc庫中,通過標準的C函數調用方法可以調用這些系統
調用。那麼,對Linux的發燒友來說,如何在Linux中增加新的系統調用呢?

1 Linux系統調用機制

  在Linux系統中,系統調用是作為一種異常類型實現的。它將執行相應的機器
代碼指令來產生異常信號。產生中斷或異常的重要效果是系統自動將用戶態切換為
核心態來對它進行處理。這就是說,執行系統調用異常指令時,自動地將系統切換
為核心態,並安排異常處理程序的執行。

  Linux用來實現系統調用異常的實際指令是:

  Int  $0x80

  這一指令使用中斷/異常向量號128(即16進位的80)將控制權轉移給內核。為
達到在使用系統調用時不必用機器指令編程,在標準的C語言庫中為每一系統調用
提供了一段短的子程序,完成機器代碼的編程工作。事實上,機器代碼段非常簡
短。它所要做的工作只是將送給系統調用的參數載入到CPU寄存器中,接著執行
int  $0x80指令。然後運行系統調用,系統調用的返回值將送入CPU的一個寄存器
中,標準的庫子程序取得這一返回值,並將它送回用戶程序。

  為使系統調用的執行成為一項簡單的任務,Linux提供了一組預處理宏指令。
它們可以用在程序中。這些宏指令取一定的參數,然後擴展為調用指定的系統調用
的函數。

  這些宏指令具有類似下面的名稱格式:

  _syscallN(parameters)

  其中N是系統調用所需的參數數目,而parameters則用一組參數代替。這些參
數使宏指令完成適合於特定的系統調用的擴展。例如,為了建立調用setuid()系
統調用的函數,應該使用:

  _syscall1( int, setuid, uid_t, uid )

  syscallN( )宏指令的第1個參數int說明產生的函數的返回值的類型是整
型,第2個參數setuid說明產生的函數的名稱。後面是系統調用所需要的每個參
數。這一宏指令後面還有兩個參數uid_t和uid分別用來指定參數的類型和名稱。

  另外,用作系統調用的參數的數據類型有一個限制,它們的容量不能超過四個
位元組。這是因為執行int  $0x80指令進行系統調用時,所有的參數值都存在32位的
CPU寄存器中。使用CPU寄存器傳遞參數帶來的另一個限制是可以傳送給系統調用的
參數的數目。這個限制是最多可以傳遞5個參數。所以Linux一共定義了6個不同的
_syscallN()宏指令,從_syscall0()、_syscall1()直到_syscall5()。

  一旦_syscallN()宏指令用特定系統調用的相應參數進行了擴展,得到的結
果是一個與系統調用同名的函數,它可以在用戶程序中執行這一系統調用。

 

2 添加新的系統調用

  如果用戶在Linux中添加新的系統調用,應該遵循幾個步驟才能添加成功,下
面幾個步驟詳細說明了添加系統調用的相關內容。

(1) 添加源代碼

  第一個任務是編寫加到內核中的源程序,即將要加到一個內核文件中去的一個
函數,該函數的名稱應該是新的系統調用名稱前面加上sys_標誌。假設新加的系統
調用為mycall(int number),在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加源代
碼,如下所示:

  asmlinkage int sys_mycall(int number)

  {

  return number;

  }

  作為一個最簡單的例子,我們新加的系統調用僅僅返回一個整型值。

(2) 連接新的系統調用

  添加新的系統調用后,下一個任務是使Linux內核的其餘部分知道該程序的存
在。為了從已有的內核程序中增加到新的函數的連接,需要編輯兩個文件。

  在我們所用的Linux內核版本(RedHat 6.0,內核為2.2.5-15)中,第一個要
修改的文件是:

  /usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h

  該文件中包含了系統調用清單,用來給每個系統調用分配一個唯一的號碼。文
件中每一行的格式如下:

  #define __NR_name NNN

  其中,name用系統調用名稱代替,而NNN則是該系統調用對應的號碼。應該將
新的系統調用名稱加到清單的最後,並給它分配號碼序列中下一個可用的系統調用
號。我們的系統調用如下:

  #define __NR_mycall 191

  系統調用號為191,之所以系統調用號是191,是因為Linux-2.2內核自身的系
統調用號碼已經用到190。

  第二個要修改的文件是:

  /usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S

  該文件中有類似如下的清單:

  .long SYMBOL_NAME()

  該清單用來對sys_call_table[]數組進行初始化。該數組包含指向內核中每個
系統調用的指針。這樣就在數組中增加了新的內核函數的指針。我們在清單最後添
加一行:

  .long SYMBOL_NAME(sys_mycall)

    

(3) 重建新的Linux內核

  為使新的系統調用生效,需要重建Linux的內核。這需要以超級用戶身份登
錄。

  #pwd
  /usr/src/linux
  #

  超級用戶在當前工作目錄(/usr/src/linux)下,才可以重建內核。

  #make config
  #make dep
  #make clearn
  #make bzImage

  編譯完畢后,系統生成一可用於安裝的、壓縮的內核映象文件:

  /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage 

(4) 用新的內核啟動系統

  要使用新的系統調用,需要用重建的新內核重新引導系統。為此,需要修
改/etc/lilo.conf文件,在我們的系統中,該文件內容如下:

  boot=/dev/hda
  map=/boot/map
  install=/boot/boot.b
  prompt
  timeout=50

  image=/boot/vmlinuz-2.2.5-15
  label=linux
  root=/dev/hdb1
 read-only

  other=/dev/hda1
  label=dos
  table=/dev/had

  首先編輯該文件,添加新的引導內核:

  image=/boot/bzImage-new
  label=linux-new
  root=/dev/hdb1
  read-only

  添加完畢,該文件內容如下所示:

  boot=/dev/hda
  map=/boot/map
  install=/boot/boot.b
  prompt
  timeout=50

  image=/boot/bzImage-new
  label=linux-new
  root=/dev/hdb1
  read-only

  image=/boot/vmlinuz-2.2.5-15
  label=linux
  root=/dev/hdb1
  read-only

  other=/dev/hda1
  label=dos
  table=/dev/hda

  這樣,新的內核映象bzImage-new成為預設的引導內核。

  為了使用新的lilo.conf配置文件,還應執行下面的命令:

  #cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/zImage /boot/bzImage-new

  其次配置lilo:

  # /sbin/lilo

  現在,當重新引導系統時,在boot:提示符後面有三種選擇:linux-new 、
linux、dos,新內核成為預設的引導內核。

  至此,新的Linux內核已經建立,新添加的系統調用已成為操作系統的一部
分,重新啟動Linux,用戶就可以在應用程序中使用該系統調用了。

(5)使用新的系統調用

  在應用程序中使用新添加的系統調用mycall。同樣為實驗目的,我們寫了一個
簡單的例子xtdy.c。

  /* xtdy.c */

  #include

  _syscall1(int,mycall,int,ret)

  main()

  {

  printf("%d n",mycall(100));

  }

  編譯該程序:

  # cc -o xtdy xtdy.c

  執行:

  # xtdy

  結果:

  # 100

  注意,由於使用了系統調用,編譯和執行程序時,用戶都應該是超級用戶身
份。

原作者:不詳
來源:電腦報




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