【Linux OS】（实验）重建Linux内核和添加系统调用

（2009-12-27）

一、实验背景

操作系统的主要功能是为应用程序的运行创建良好的环境，为了达到这个目的，内核提供一系列具备预定功能的多内核函数，通过一组称为系统调用（system call)的接口呈现给用户。系统调用把应用程序的请求传给内核，调用相应的的内核函数完成所需的处理，将处理结果返回给应用程序，如果没有系统调用和内核函数，用户将不能编写大型应用程序。读者熟知的系统调用例子有：进程控制的fork、exit等，文件系统操作的open、close、read、write等，网络套接口的bind、accept、send、recv、sendto、recvfrom等。

二、实验目的

学习Linux内核的系统调用，理解、掌握Linux系统调用的实现框架、用户界面、参数传递、进入/返回过程。阅读Linux内核源代码，通过添加一个简单的系统调用实验，进一步理解Linux操作系统处理系统调用的统一流程。

三、实验内容

在现有的系统中添加一个不用传递参数的系统调用。调用这个系统调用，使用户的uid变成0。实验主要内容：

（1）添加系统调用的名字

（2）利用标准C库进行包装

（3）添加系统调用号

（4）在系统调用表中添加相应表项

（5）sys_mysyscall的实现

（6）编写用户态测试程序

四、实验步骤

（一）重建Linux内核

（1）下载内核源代码压缩包：linux-2.6.20.tar.gz，下载地址：http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.20.tar.gz。然后将压缩包放到/usr/src目录下。

（2）进入/usr/src目录：cd /usr/src，然后解压内核包：tar zxvf linux-2.6.20.tar.gz，这样生成的内核源代码就在linux-2.6.20目录中了。

（3）进入内核代码目录：cd linux-2.6.20，执行命令：make mrproper，确保该目录下没有相关文件和配置。

（4）执行命令：make menuconfig，配置内核模块的功能。主要做了以下几项配置：选中所有支持ext3文件系统的配置项编译进内核(如图1所示)；选择SCSI device support的部分功能编译进内核(如图2、图3所示)。



图1 将ext3文件系统的功能选项编译进内核



图2 将SCSI disk support功能编译进内核



图3 将SCSI low-level drivers下的BusLogic SCSI support编译进内核
（5）编译内核，执行命令：make。

（6）编译和安装内核模块，执行命令：make modules_install。

（7）安装内核，执行命令：make install。

（8）清除编译时的临时文件，执行命令：make clean。

（9）重新启动Linux操作系统。

（二）添加系统调用

（1）进入新内核源代码所在目录：cd /usr/src/linux-2.6.20。

（2）进入unistd.h文件所在目录：cd include/asm。再进入unistd.h文件对之进行编辑：vi unistd.h。在unistd.h里面添加自己的系统调用号：__NR_mysyscall，如图4所示：



图4 添加系统调用号__NR_mysyscall
（3）进入系统调用表文件所在目录：

cd /usr/src/linux-2.6.20/arch/i386/kernel，然后进入系统调用表文件对之进行编辑：vi syscall_table.S。在该文件中添加与我们定义的系统调用号相应的表项sys_mysyscall,如图5所示：



图5 添加系统调用表项sys_mysyscall
（4）系统调用的实现。进入内核代码目录下的kernel目录：

cd /usr/src/linux-2.6.20/kernel，然后进入其下的sys.c文件：vi sys.c，将系统调用实现函数sys_mysyscall(void)添加到sys.c中，该系统调用实现的功能是遍历输出进程，如图6所示：



图6 系统调用实现函数sys_mysyscall(void)
（5）按照（一）中所述重建Linux内核的方法重新编译安装内核，然后重新启动Linux操作系统。

（6）编写用户态测试程序test.c来测试我们新添的系统调用，程序如图7所示：



图7 用户态测试程序test.c
编译程序：gcc –o test test.c，运行程序：./test。

五、实验结果和分析

（一）重建Linux内核实验结果

（1）执行make命令后的结果，如图8所示：



图8 执行make后的结果
（2）执行make_modules_install命令后的结果，如图9所示：



图9 执行make_modules_install后结果
（3）执行make_install命令后的结果，如图10所示：



图10 执行make_install后结果
（4）重启Linux操作系统后显示的选择内核版本界面，表示重建内核成功，如图11所示(原lInux版本是2.4.20)：



图11 选择内核版本
（二）添加系统调用测试结果

运行test后，由于mysyscall系统调用中的printk函数输出的信息在/var/log/messages文件中，所以打开该文件就可以看到运行结果了，如图12所示：



图12 运行结果

六、遇到的问题和解决方法

（1）在第一次执行make后，出现下列错误：

make[1]:***No rule to make target ‘|’，needed by ‘firmware/keyspan/usa19qi.fw.S’.Stop.

make:***[firmware] Error 2

对于此错误，执行下列编译命令：make bzImage，刚才的错误消失，取而代之的是下列错误：

OBJCOPY arch/i386/boot/compressed/vmlinux.bin

BFD: Warning: Writing section‘.bss' to huge (ie negative) file offset 0xc0277000.

objcopy: arch/i386/boot/compressed/vmlinux.bin: File truncated

make[2]: *** [arch/i386/boot/compressed/vmlinux.bin] Error 1

make[1]: *** [arch/i386/boot/compressed/vmlinux] Error 2

make: *** [bzImage] Error 2

解决方法是：在arch/i386/Makefile里面做一些修改：将OBJCOPYFLAGS所在那一行改成如下的：

OBJCOPYFLAGS :=-O binary --change-section-lma .bss-0xc0000000 –R .note -R .comment –S

改完后无论用make bzImage还是make都能编译成功。

（2）make install时报错：No module BusLogic found for kernel 2.6.20，解决方法是在/etc/modules.conf中删除BusLogic的加载项，即把下列这行注释掉：alias scsi_hostadapter BusLogic。此后make install就能成功了。

（3）当添加系统调用功能实现完后，重新编译内核时，执行make install时出现如下错误：All of your loopback devices are in use．mkinitrd failed，这时可能由于笔者还在2.6.20内核下编译，因为修改完一个版本的内核不能马上就在该版本下编译自己，所以重启系统进入原来的2.4.20-8内核下编译改后的2.6.20内核，然后make install成功。