linux内核系统调用实验指导书.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,of 31,1,of 31,内核出口,系统调用,2,of 31,基本知识,3,of 31,xyz(),system_call:,sys_xyz(),ret_from_sys_call:,iret,xyz(),int 0 x80,sys_xyz(),用户态 内核态,在应用程序中使用系统调用,glibc,标准库中的,封装例程,（系统调用函数,的具体实现）,系统调用,处理程序,系统调用,服务例程,（内核函数）,系统调用处理过程,4,of 31,为什么有系统调用？,一般用户进程不能直接访问系统内核，不能直接使用或修改内核数据，以免干扰内核程序的执行，妨碍系统安全。,系统调用是什么？,用户进程要使用内核功能时，只能通过内核提供的接口,系统调用来实现，系统调用实际是操作系统内核提供的、功能较强的一系列函数。,系统调用好比一个中间人，把用户进程的系统调用请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户空间。,系统调用是用户空间访问内核的唯一手段。系统调用发生时会从用户态转到内核态，完成功能后又由内核态转回用户态。,5,of 31,使用系统调用的两种方式,1,、通过,C,库函数,2,、使用,syscall,函数,syscall,函数原型为：,int syscall(int number,);,通过指定系统调用号和一组函数来调用系统调用,*,2.6.19,版前使用,_syscall,宏,C,库函数,内核,系统调用,应用程序代码,6,of 31,C,库函数系统调用例子,用户程序中使用,C,库中的函数,malloc,函数,free,函数,srccpy,函数,open,函数,brk,系统调用,open,系统调用,7,of 31,系统如何响应调用的？,系统调用函数中的,int$0 x80,汇编指令，会产生向量为,128,的异常。内核通过查中断向量表找到,128,号异常对应的处理程序,系统调用处理程,system_call(),如何找到对应的内核函数？,system_call(),利用系统调用号查系统调用表,sys_call_table,，找到对应每个系统调用号的处理函数。,8,of 31,实验,9,of 31,一、实验目的,学习如何产生一个系统调用,往内核中 添加一个新的函数实现对用户空间的读写,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。,10,of 31,二、主要实验环境,Linux,环境：,CentOS 6.0,linux kernel 2.6.32.71,欲编译内核：,linux-2.6.35.13,命令,uname r,11,of 31,三、实验指导,获得内核源代码,www.kernel.org,本次下载的内核版本为,2.6.3513,将内核源码保存到,/usr/src,目录下,cd/usr/src,tar xjvf linux-2.6.35.13.tar.bz2,tar zxvf linux-2.6.35.13.tar.gz,定义系统调用编号和修改系统调用表,12,of 31,1,）系统调用表,系统调用表,sys_call_table,存储了所有系统调用对应的服务例程的函数地址。,对于,X86 32,位体系结构的系统调用表位于,arch/X86/kernel/syscall_table_32.S,文件中定义。,系统调用服务例程的名字均遵守一定的规则：系统调用名称前增加“,sys_”,前缀，比如,open,系统调用对应,sys_open,函数。,可以使用,man 2 syscalls,浏览所有系统调用的添加历史,13,of 31,系统调用表位置,cd /usr/src/linux-2.6.35.13/arch/x86/kernel,vi syscall_table_32.S,第,n,个表项对应了系统调用号为,n,的服务例程的入口地址的指针,修改系统调用表：将,.long sys_my_new_call,添加,到,arch/x86/kernel/syscall_table_32.S,中最后一行,14,of 31,2,）系统调用号,/,arch/x86/include/asm/unistd_32.h,每个系统调用号都是唯一的，依次对应,sys_call_table,中的一项，系统调用号写在,unistd.h,文件中，以“,_NR_”,开头。内核通过系统调用号作为下标去获取,sys_call_table,中的服务例程函数地址。系统调用号一旦分配就不能再有任何变更，系统运行中即使该系统调用被删除，它所拥有的系统调用号也不能被回收利用。,15,of 31,对于,32,位,x86,架构系统调用号位于,arch/x86/include/asm/unistd_32.h,16,of 31,4.,编译内核的方法,make mrproper,make clean,make oldconfig,make all,make modules_install,make install,命 令,“,make all”,用于生成期望的内核映像及模块；,“make modules_install”,将安装模块到,“,默认目录,/lib/module/”,下面；,“make install”,最终将内核映像等几个文件复制到,“,/boot”,目录，并,修改引导程序的配置以启用该新内核。,17,of 31,以上命令执行完毕后，会在当前目录下生成一个名为,System.map,的文件，会在,/usr/src/linux-,版本号,/arch/i386/boot/,下生成一个,bzImage,文件和,vmlinuz,文件。,cd/boot,（进入,/boot,目录）,18,of 31,5.,修改引导程序,GRUB,cd/boot/grub,vi menu.lst,为了以后能直接操作菜单，可把,menu.lst,文件中,hiddenmenu,那一行注释掉（前加,#,）或删除，并且可以根据需要设置其中的,default,和,timeout,的值，分别表示默认启动项及等待时间。,19,of 31,#hiddenmenu,default=0,timeout=15,splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz,title centos(2.6.35.13),root(hd0,0),kernel/vmlinuz-2.6.35.13 ro root=/dev/mapper/vg_wufeifei-lv_root,initrd/initramfs-2.6.35.13.img,title centos(2.6.32-71.el6.i686),root(hd0,0),kernel/vmlinuz-2.6.32-71.el6.i686 ro root=/dev/mapper/vg_wufeifei-lv_root,20,of 31,reboot,重启系统就可以看到,GRUB,菜单已经包含了新编译的内核,选择新编译的内核启动系统。可用,uname r,测试当前内核版本号。任务完成后也可修改,/boot/grub/menu.1st,文件中移去不需要的引导内核信息,21,of 31,测试小例子：,在现有的系统中添加一个传递数值参数的系统调用。这个系统调用的功能打印传入内核的参数。,主要内容：,在系统调用表中添加相应表项,添加系统调用号,sys_my_sys_call,的实现,编写用户态测试程序,22,of 31,在系统调用表中添加或修改相应表项,在,2.6.35.13,的内核下，只需要修改,arch/x86/kernel/syscall_table_32.S,.long sys_rt_tgsigqueueinfo/*335*/,.long sys_perf_event_open,.long sys_recvmmsg,.long sys_my_new_call /*338*/,.long sys_pedagogictime /*339*/,23,of 31,添加系统调用号,系统调用号在文件,unistd_32.h,里面定义,这个文件在,kernel2.6.35.13,位于,/,arch/x86/include/asm/unistd_32.h,。,现在我们在,unistd.h,中添加我们的系统调用号：,_,NR_,my_new_call,，,如下所示：,#define _NR_rt_tgsigqueueinfo335,#define _NR_perf_event_open336define _NR_recvmmsg337,#define _NR_my_new_call 338,#define _NR_pedagogictime 339,24,of 31,sys_my_new_call,函数实现,cd/usr/src/linux-2.6.35.13/kernel,添加一个打印输入值的系统调用,vi sys.c,上面在系统调用表中指明了系统调用号,_NR_my_new_call,对应的系统调用服务例程是,sys_my_new_call,25,of 31,重新编译内核。成功后，重启。此时，在启动项中有,2.6.32,和,2.6.35,两个选项，其中新的内核是,2.6.35,。选择它并进入系统。至此，我们已经成功添加了一个自己的系统调用。编译成功之后编写用户空间程序进行测试,testcall.c,#include,int main(),syscall(338,50);/*338,是新添加的系统调用号，,50,是参数,*,/,return 0;,终端编译,gcc a o testcall,运行,./a,查看结果：终端运行命令,dmesg,会看到在最后一行输出,call number is 50,26,of 31,问题,A,设计并实现一个新的内核函数,pedagogictime(),，该函数通过使用一个引用参数的调用返回当前的系统时间。如果,flag,的参数为,TRUE,，内核就把当前的系统时间打印输出,int pedagogictime(int flag,struct timeval*tv),新函数基本和,gettimeofday(),类似,cd/usr/src/linux2.6.35.13/kernel,vi time.c,添加实现代码,27,of 31,#include,#include,#include,asmlinkage int sys_pedagogictime(int flag,struct timeval*tv),if(tv),struct timeval ktv;,do_gettimeofday(,if(copy_to_user(tv,if(flag=true),printk(tv.sec:%ldn,(*tv).tv_sec);,return 0;,28,of 31,问题,B,编写用户空间程序来测试,pedagogictime(),的执行情况,#include,#include,int main(),struct timeval tv;,tv.tv_sec=10;,syscall(339,1,printf(“user first get tv_secn”,tv.tv_sec);,printf(“now sleep 10 secondsn”);,sleep(10);,printf(“user first get tv_secn”,tv.tv_sec);,return 0;,29,of 31,shell,下用,dmesg,命令观察内存打印信息,最下面两行即为内核函数输出,30,of 31,心得、体会,全部编译一次内核会很长，大约,3,个小时。编过一次内核后，由于,.o,文件都在存在，所以第二次编译时间非常快。,添加一个系统调用类似于,MFC,中添加一个自定义的消息，首先要注册这个消息，以便系统知道有这么个消息，然后用户在程序中才能使用它。,在,2.6.35,中，有,unistd.h,，,unistd_32.h,，,unistd_64.h,，其实,unistd.h,中的内容主要是用来判断要使用,unistd_32.h,还是,unistd_64.h,。,不同的版本编译方法差别很大，本文只针对,2.6,版，,2.4,与,2.2,需另外搜集资料，但原理是相同的。,31,of 31,谢谢大家！,