Linux下增加系統調用的方法

　　1.linux系統調用的基本原理

　　linux的系統調用形式與POSIX兼容,也是一套C語言函數名的集合.然而,linux系統調用的內部實現方式卻與DOC的INT 21H相似,它是經過INT 0X80H軟中斷進入后,再根據系統調用號分門別類地服務.

　　從系統分析的角度,linux的系統調用涉及4個方面的問題.

　　(1)與系統調用有關的數據結構和函數

　　函數名以「sys_」開頭,後跟該系統調用的名字.例如,系統調用fork()的響應函數是sys_fork()(見Kernel/fork.c),exit()的響應函數是sys_exit()(見kernel/fork.c).

　　文件include/asm/unisted.h為每個系統調用規定了唯一的編號.假設用name表示系統調用的名稱,那麼系統調用號與系統調用響應函數的關係是：以系統調用號_NR_name作為下標,可找出系統調用表sys_call_table(見

　　arch/i386/kernel/entry.S)中對應表項的內容,它正好 是該系統調用的響應函數sys_name的入口地址.系統調用表sys_call_table記錄了各sys_name函數在表中的位 置,共190項.有了這張表,就很容易根據特定系統調用在表中的偏移量,找到對應的系統調用響應函數的入口地址.系統調用表共256項,餘下的項是可供用戶自己添加的系統調用空間.

　　(2)進程的系統調用命令轉換為INT 0x80中斷的過程

　　宏定義_syscallN()見include/asm/unisted.h)用於系統調用的格式轉換和參數的傳遞.N取0~5之間的整數.參數個數為N的系統調用由_syscallN()負責格式轉換和參數傳遞.系統調用號放入EAX寄存器,啟動INT 0x80 后,規定返回值送EAX寄存器.

　　(3)系統調用功能模塊的初始化

　　對系統調用的初始化也就是對INT 0x80的初始化.系統啟動時,彙編子程序setup_idt(見arch/i386/kernel/head.S)準備了1張256項的idt表,由 start_kernel()(見 init/main.c),trap_init()(見

　　arch/i386/kernel/traps.c)調用的C語言宏定義

　　set_system_gate(0x80,&system_call)(見include/asm/system.h)設置0x80號軟中斷的服務程序為 system_call(見

　　arch/i386/kernel/entry.S),system.call就是所有系統調用的總入口.

　　(4)內核如何為各種系統調用服務

　　當進程需要進行系統調用時,必須以C語言函數的形式寫一句系統調用命令.該命令如果已在某個頭文件中由相應的_syscallN()展開,則用戶程序必須包含該文 件.當進程執行到用戶程序的系統調用命令時,實際上執行了由宏命令_syscallN()展開的函數.系統調用的參數 由各通用寄存器傳遞,然後執行INT 0x80,以內核態進入入口地址system_call.

　　(5)ret_from_sys_call

　　以ret_from_sys_call入口的彙編程序段在linux進程管理中起到了十分重要的作用.所有系統調用結束前以及大部分中斷服務返回前,都會跳轉至此處入口地址. 該段程序不僅僅為系統調用服務,它還處理中斷嵌套、CPU調度、信號等事務.

　　2.通過修改內核源代碼添加系統調用

　　通過以上分析linux系統調用的過程,將自己的系統調用加到內核中就是一件容易的事情.下面介紹一個實際的系統調用,並把它加到內核中去.要增加的系統調用是：inttestsyscall(),其功能是在控制終端屏幕上顯示hello world,執行成功后返回0.

　　1編寫inttestsyscall()系統調用

　　編寫一個系統調用意味著要給內核增加1個函數,將新函數放入文件kernel/sys.c中.新函數代碼如下：

　　asmlingkage sys_testsyscall()

　　{ console_print("hello worldn");

　　return 0;

　　}

　　2連接新的系統調用

　　編寫了新的系統調用過程后,下一項任務是使內核的其餘部分知道這一程序的存在,然後重建包含新的系統調用的內核.為了把新的函數連接到已有的內核中去, 需要編輯2個文件：

　　1).inculde/asm/unistd.h在這個文件中加入

　　#define_NR_testsyscall 191

　　2).are/i386/kernel/entry.s這個文件用來對指針數組初始化,在這個文件中增加一行：

　　.long SYMBOL_NAME(_sys_tsetsycall)

　　將.rept NR_syscalls-190改為NR_SYSCALLS-191,然後重新獎勵和運行新內核.

　　3).使用新的系統調用

　　在保證的C語言庫中沒有新的系統調用的程序段,必須自己建立其代碼如下

　　#inculde<linux/unistd.h>

　　_syscall0(int,testsyscall)

　　main()

　　{

　　tsetsyscall();

　　}

　　在這裡使用了_syscall0（）宏指令,宏指令本身在程序中將擴展成名為syscall()的函數,它在main()函數內部加以調用.在testsyscall()函數中, 預處理程序產生所有必要的機器指令代碼,包括用系統調用參數值載入相應的cpu寄存器, 然後執行int 0x80中斷指令.

　　3.利用內核模塊添加系統調用

　　模塊是內核的一部分,但是並沒有被編譯到內核裡面去.它們被分別編譯並連接成一組目標文件, 這些文件能被插入到正在運行的內核,或者從正在運行的內核中移走.內核模塊至少必須有2個函數：

　　int_module和cleanup_module.第一個函數是在把模塊插入內核時調用的；第二個函數則在刪除該模塊時調用.由於內核模塊是內核的一部分,能訪問所有內核資源.根據對linux系統調用機制的分析,如果要增加系統調用,可以編寫自己的函數來實現,然後在sys_call_table表中增加一項,使該項中的指針指向自己編寫的函數,就可以實現系統調用.下面用該方法實現在控制終端上列印「hello world」 的系統調用testsyscall().

　　1）編寫系統調用內核模塊

　　#inculde(linux/kernel.h)

　　#inculde(linux/module.h)

　　#inculde(linux/modversions.h)

　　#inculde(linux/sched.h)

　　#inculde(asm/uaccess.h)

　　#define_NR_testsyscall 191

　　extern viod *sys_call table[];

　　asmlinkage int testsyscall()

　　{ printf("hello worldn");

　　return 0;

　　}

　　int init_module()

　　{ sys_call_table[_NR_tsetsyscall]=testsyscall;

　　printf("system call testsyscall() loaded successn");

　　return 0;

　　}

　　void cleanup_module()

　　{

　　}

　　2）使用新的系統調用#define<linux/unistd.h>

　　#define_NR_testsyscall 191

　　_syscall0(int,testsyscall)

　　main()

　　{

　　testsyscall();

　　}

　　3)編譯內核模塊並插入內核

　　編譯內核的命令為：gcc -Wall -02 -DMODULE -D_KERNEL_-C syscall.c

　　-Wall通知編譯程序顯示警告信息；參數-02 是關於代碼優化的設置, 內核模塊必須優化；參數-D_LERNEL通知頭文件向內核模塊提供正確的定義； 參數-D_KERNEL_通知頭文件,這個程序代碼將在內核模式下運行.編譯成功后將生成 syscall.0文件.使用insmod syscall.o命令將模塊插入內核后即可使用增加的系統調用.

　　比較以上二種方法,筆者認為採用內核模塊的方法較好.這種方法可省去編譯新內核並用新內核重新 啟動的麻煩,這一優點對於代碼的調試是非常有價值的, 可以節省大量時間.

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