转 - 如何在Linux中添加新的系统调用
2017-08-04 21:57
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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 n",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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