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| 关键词： 系统 内核 Linux 指令 文件 参数 一个 函数 boot 用户 |
系统调用是应用程序和操作系统内核之间的功能接口。其主要目的是使得用户 可以使用操作系统提供的有关设备管理、输入/输入系统、文件系统和进程控制、 通信以及存储管理等方面的功能，而不必了解系统程序的内部结构和有关硬件细 节，从而起到减轻用户负担和保护系统以及提高资源利用率的作用。 Linux操作系统作为自由软件的代表，它优良的性能使得它的应用日益广泛， 不仅得到专业人士的肯定，而且商业化的应用也是如火如荼。在Linux中，大部分 的系统调用包含在Linux的libc库中，通过标准的C函数调用方法可以调用这些系统 调用。那么，对Linux的发烧友来说，如何在Linux中增加新的系统调用呢？ 1 Linux系统调用机制 在Linux系统中，系统调用是作为一种异常类型实现的。它将执行相应的机器 代码指令来产生异常信号。产生中断或异常的重要效果是系统自动将用户态切换为 核心态来对它进行处理。这就是说，执行系统调用异常指令时，自动地将系统切换 为核心态，并安排异常处理程序的执行。 Linux用来实现系统调用异常的实际指令是： Int $0x80 这一指令使用中断/异常向量号128（即16进制的80）将控制权转移给内核。为 达到在使用系统调用时不必用机器指令编程，在标准的C语言库中为每一系统调用 提供了一段短的子程序，完成机器代码的编程工作。事实上，机器代码段非常简 短。它所要做的工作只是将送给系统调用的参数加载到CPU寄存器中，接着执行 int $0x80指令。然后运行系统调用，系统调用的返回值将送入CPU的一个寄存器 中，标准的库子程序取得这一返回值，并将它送回用户程序。 为使系统调用的执行成为一项简单的任务，Linux提供了一组预处理宏指令。 它们可以用在程序中。这些宏指令取一定的参数，然后扩展为调用指定的系统调用 的函数。 这些宏指令具有类似下面的名称格式： _syscallN（parameters） 其中N是系统调用所需的参数数目，而parameters则用一组参数代替。这些参 数使宏指令完成适合于特定的系统调用的扩展。例如，为了建立调用setuid（）系 统调用的函数，应该使用： _syscall1（ int， setuid， uid_t， uid ） syscallN（ ）宏指令的第1个参数int说明产生的函数的返回值的类型是整 型，第2个参数setuid说明产生的函数的名称。后面是系统调用所需要的每个参 数。这一宏指令后面还有两个参数uid_t和uid分别用来指定参数的类型和名称。 另外，用作系统调用的参数的数据类型有一个限制，它们的容量不能超过四个 字节。这是因为执行int $0x80指令进行系统调用时，所有的参数值都存在32位的 CPU寄存器中。使用CPU寄存器传递参数带来的另一个限制是可以传送给系统调用的 参数的数目。这个限制是最多可以传递5个参数。所以Linux一共定义了6个不同的 _syscallN（）宏指令，从_syscall0（）、_syscall1（）直到_syscall5（）。 一旦_syscallN（）宏指令用特定系统调用的相应参数进行了扩展，得到的结 果是一个与系统调用同名的函数，它可以在用户程序中执行这一系统调用。 2 添加新的系统调用 如果用户在Linux中添加新的系统调用，应该遵循几个步骤才能添加成功，下 面几个步骤详细说明了添加系统调用的相关内容。 （1） 添加源代码 第一个任务是编写加到内核中的源程序，即将要加到一个内核文件中去的一个 函数，该函数的名称应该是新的系统调用名称前面加上sys_标志。假设新加的系统 调用为mycall(int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加源代 码，如下所示： asmlinkage int sys_mycall(int number) { return number; } 作为一个最简单的例子，我们新加的系统调用仅仅返回一个整型值。 （2） 连接新的系统调用 添加新的系统调用后，下一个任务是使Linux内核的其余部分知道该程序的存 在。为了从已有的内核程序中增加到新的函数的连接，需要编辑两个文件。 在我们所用的Linux内核版本（RedHat 6.0，内核为2.2.5-15）中，第一个要 修改的文件是： /usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h 该文件中包含了系统调用清单，用来给每个系统调用分配一个唯一的号码。文 件中每一行的格式如下： #define __NR_name NNN 其中，name用系统调用名称代替，而NNN则是该系统调用对应的号码。应该将 新的系统调用名称加到清单的最后，并给它分配号码序列中下一个可用的系统调用 号。我们的系统调用如下： #define __NR_mycall 191 系统调用号为191，之所以系统调用号是191，是因为Linux-2.2内核自身的系 统调用号码已经用到190。 第二个要修改的文件是： /usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S 该文件中有类似如下的清单： .long SYMBOL_NAME（） 该清单用来对sys_call_table[]数组进行初始化。该数组包含指向内核中每个 系统调用的指针。这样就在数组中增加了新的内核函数的指针。我们在清单最后添 加一行： .long SYMBOL_NAME(sys_mycall) （3） 重建新的Linux内核 为使新的系统调用生效，需要重建Linux的内核。这需要以超级用户身份登 录。 #pwd /usr/src/linux # 超级用户在当前工作目录（/usr/src/linux）下，才可以重建内核。 #make config #make dep #make clearn #make bzImage 编译完毕后，系统生成一可用于安装的、压缩的内核映象文件： /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage （4） 用新的内核启动系统 要使用新的系统调用，需要用重建的新内核重新引导系统。为此，需要修 改/etc/lilo.conf文件，在我们的系统中，该文件内容如下： 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 首先编辑该文件，添加新的引导内核： image=/boot/bzImage-new label=linux-new root=/dev/hdb1 read-only 添加完毕，该文件内容如下所示： 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 这样，新的内核映象bzImage-new成为缺省的引导内核。 为了使用新的lilo.conf配置文件，还应执行下面的命令： #cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/zImage /boot/bzImage-new 其次配置lilo: # /sbin/lilo 现在，当重新引导系统时，在boot:提示符后面有三种选择：linux-new 、 linux、dos，新内核成为缺省的引导内核。 至此，新的Linux内核已经建立，新添加的系统调用已成为操作系统的一部 分，重新启动Linux，用户就可以在应用程序中使用该系统调用了。 （5）使用新的系统调用 在应用程序中使用新添加的系统调用mycall。同样为实验目的，我们写了一个 简单的例子xtdy.c。 /* xtdy.c */ #include _syscall1(int,mycall,int,ret) main() { printf("%d ",mycall(100)); } 编译该程序： # cc -o xtdy xtdy.c 执行： # xtdy 结果： # 100 注意，由于使用了系统调用，编译和执行程序时，用户都应该是超级用户身份。 |
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