【目的】
理解系統(tǒng)調(diào)用的概念，熟悉系統(tǒng)調(diào)用的用法。
【環(huán)境】
PC：ubuntu 12.04
內(nèi)核：Linux：3.2.0
【要求】
編程創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用sunpluscall()，實(shí)現(xiàn)功能是顯示字符串到屏幕上。
編譯3.2.0內(nèi)核，用新內(nèi)核引導(dǎo)系統(tǒng)。
編程調(diào)用自己創(chuàng)建的系統(tǒng)調(diào)用。
【原理】
操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口，用戶通過操作系統(tǒng)的幫助，可以快速、有效和安全可靠地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種資源來解決自己的問題。為了使用戶方便的使用操作系統(tǒng)，OS向用戶提供了“用戶與操作系統(tǒng)的接口”。這種接口支持用戶與操作系統(tǒng)之間進(jìn)行交互，這些接口可以被分為命令和程序接口兩種。前者直接提供給用戶在鍵盤終端上使用;后者則是提供給用戶(主要是程序員)編程時(shí)使用。而要學(xué)習(xí)系統(tǒng)調(diào)用，首先要從程序接口入手。
1、 程序接口
程序接口是操作系統(tǒng)專門為用戶程序設(shè)置的，也是用戶程序取得OS服務(wù)的唯一途徑。程序接口通常由系統(tǒng)調(diào)用組成。在每個(gè)操作系統(tǒng)中，通常都有幾十上百條系統(tǒng)調(diào)用，它們的作用各有不同，有的用于進(jìn)程控制、有的用于存儲(chǔ)管理、有的用于文件管理等等。在MS WINDOWS下面進(jìn)行過WIN32編程的人員應(yīng)該對(duì)windows提供的API函數(shù)有一定的印象，這些API函數(shù)就是windows操作系統(tǒng)提供給程序員的系統(tǒng)調(diào)用接口。而Linux作為一個(gè)操作系統(tǒng)，當(dāng)然有它自己的系統(tǒng)調(diào)用。
2、 系統(tǒng)調(diào)用
通常，在OS的核心中都設(shè)置了一組用于實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序，并將它們提供給程序員調(diào)用。程序員在需要OS提供某種服務(wù)的時(shí)候，便可以調(diào)用一條系統(tǒng)調(diào)用命令，去實(shí)現(xiàn)希望的功能，這就是系統(tǒng)調(diào)用。各個(gè)不同的操作系統(tǒng)有各自的系統(tǒng)調(diào)用，正如前文所講的windows API，便是windows的系統(tǒng)調(diào)用，linux的系統(tǒng)調(diào)用與之不同的是linux由于內(nèi)核代碼完全公開，所以可以細(xì)致的分析出其系統(tǒng)調(diào)用的機(jī)制。
1、 系統(tǒng)調(diào)用和普通過程的區(qū)別
(1)運(yùn)行于不同的系統(tǒng)狀態(tài)
如前所述，用戶程序可以通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入系統(tǒng)空間，而普通過程則只能在用戶空間當(dāng)中運(yùn)行。
(2)通過軟中斷切換
由于用戶程序使用系統(tǒng)調(diào)用后要進(jìn)入系統(tǒng)空間，所以需要調(diào)用一個(gè)軟中斷;而普通過程在被調(diào)用時(shí)沒有這個(gè)過程。
2、 系統(tǒng)調(diào)用的類型
系統(tǒng)調(diào)用的作用與它所在的操作系統(tǒng)有密切關(guān)系，根據(jù)操作系統(tǒng)的性質(zhì)不同，它們所提供的系統(tǒng)調(diào)用會(huì)有一定的差異，不過對(duì)于普通操作系統(tǒng)而言，應(yīng)該具有下面幾類系統(tǒng)調(diào)用。
(1)進(jìn)程控制類型。
(2)文件操縱類型。
(3)進(jìn)程通信類型。
(4)數(shù)據(jù)管理類型。
3、 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。
由于操作系統(tǒng)的不同，其系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)方式可能不同，然而實(shí)現(xiàn)機(jī)制應(yīng)該是大致相同的，一般包含下面幾個(gè)步驟：
(1)設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用號(hào)
在系統(tǒng)當(dāng)中，往往設(shè)置多條系統(tǒng)調(diào)用命令，并賦予每條系統(tǒng)調(diào)用命令一個(gè)唯一的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)。
(2)處理系統(tǒng)調(diào)用
操作系統(tǒng)當(dāng)中有個(gè)一張系統(tǒng)調(diào)用入口表。表中的每個(gè)表目都對(duì)應(yīng)一條系統(tǒng)調(diào)用命令，它包含有該系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的數(shù)目、系統(tǒng)調(diào)用命令處理程序的入口地址等等。操作系統(tǒng)內(nèi)核便是根據(jù)所輸入的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)在該表中查找到到相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)而轉(zhuǎn)入它的入口地址去執(zhí)行它。
【實(shí)現(xiàn)步驟】
1、拷貝源碼
拷貝linux-3.2.tar.bz2 到虛擬機(jī)/usr/src目錄下
2、解壓源碼
#tar xvjf linux-3.2.tar.bz2
3、添加源代碼
#vi linux-3.2/kernel/sunplus.c
新建一個(gè)文件sunplus.c。在此文件中添加系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)源代碼，該函數(shù)的名稱應(yīng)該是新的系統(tǒng)調(diào)用名稱前面加上sys_標(biāo)志。假設(shè)新加的系統(tǒng)調(diào)用為sunpluscall，則該函數(shù)應(yīng)該這樣寫
#include
asmlinkage long sys_sunpluscall(void)
{
printk(KERN_EMERG "this is sunpluscall KERN_EMERG\n");
printk(KERN_ALERT "this is sunpluscall KERN_ALERT\n");
printk(KERN_CRIT "this is sunpluscall KERN_CRIT\n");
printk(KERN_ERR "this is sunpluscall KERN_ERR\n");
printk(KERN_WARNING "this is sunpluscall KERN_WARNING\n");
printk(KERN_NOTICE "this is sunpluscall KERN_NOTICE\n");
printk(KERN_INFO "this is sunpluscall KERN_INFO\n");
printk(KERN_DEBUG "this is sunpluscall KERN_DEBUG\n");
return 0;
}
4、修改Makefile(編譯內(nèi)核時(shí)編譯源代碼)
把sunplus.c添加到kernel目錄下的Makefile中，使其在make編譯內(nèi)核的時(shí)候能編譯到內(nèi)核中。
#vi linux-3.2/kernel/Makefile
在14行 obj-y += groups.o 下面插入一行
obj-y += sunplus.o
如圖:
5、鏈接新的系統(tǒng)調(diào)用
添加新的系統(tǒng)調(diào)用之后，下一個(gè)任務(wù)是讓LINUX內(nèi)核的其余部分知道該程序的存在。增加新函數(shù)的鏈接，需要進(jìn)行下面的操作。
(1)為新的系統(tǒng)調(diào)用添加系統(tǒng)調(diào)用號(hào)
系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的定義格式如下：
#define __NR_name NNN
其中，name用系統(tǒng)調(diào)用名稱代替，而NNN是該系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的號(hào)碼。應(yīng)該將新的系統(tǒng)調(diào)用名稱加到清單的最后，并給它分配已經(jīng)用到的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)后面的一個(gè)號(hào)碼。
LINUX內(nèi)核自身用到的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)已經(jīng)用到348了。而如果讀者還要自行增加系統(tǒng)調(diào)用，就必須從349開始。
#vi linux-3.2/arch/x86/include/asm/unistd_32.h
在文件356行#define __NR_process_vm_writev 348 下面插入一行
#define __NR_sunpluscall 349
把 #define NR_syscalls 349
修改成
#define NR_syscalls 350
NR_syscalls 這個(gè)宏表示系統(tǒng)調(diào)用的總個(gè)數(shù)。
如圖：
(2)修改系統(tǒng)調(diào)用的指針列表
vi linux-3.2/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S
在文件350行.long sys_process_vm_writev 下面添加一行
.long sys_sunpluscall
如圖：
(3)vi linux-3.2/arch/x86/ia32/ia32entry.S
在文件854行.quad compat_sys_process_vm_eritev 下面添加一行
.quad sys_sunpluscall
如圖：
6、重新編譯、安裝
(1)清除殘留的.config和.o
在linux-3.2 目錄下 輸入命令
#make mrproper
該命令的功能在于清除當(dāng)前目錄下殘留的.config和.o文件，這些文件一般是以前編譯時(shí)未清理而殘留的。而對(duì)于第一次編譯的代碼來說，不存在這些殘留文件，所以可以略過此步，但是如果該源代碼以前被編譯過，那么強(qiáng)烈建議執(zhí)行此命令，否則后面可能會(huì)出現(xiàn)未知的問題。
(2)配置編譯選項(xiàng)
作為操作系統(tǒng)的內(nèi)核，其內(nèi)容和功能必然非常繁雜，包括處理器調(diào)度，內(nèi)存管理，文件系統(tǒng)管理，進(jìn)程通訊以及設(shè)備管理等等，而對(duì)于不同的硬件，其配置選項(xiàng)也不相同，所以在編譯源代碼之前必須設(shè)置編譯選項(xiàng)。
配置命令有 make menuconfig 或者make xconfig。我使用的是make menuconfig，但是前提條件是要裝ncurses。
1)輸入命令：
sudo apt-get install libncurses5-dev
更新安裝ncurses。 注意一定要聯(lián)網(wǎng)。
2)輸入命令 ：
make menuconfig
注意把vmware放大到全屏終端放大到全屏，因?yàn)檩斎雖ake menuconfig 命令后會(huì)彈出一個(gè)窗口出來，如果不放大會(huì)出錯(cuò)，彈不出窗口。
選擇exit，保存默認(rèn)配置
(3)編譯內(nèi)核
1)清除以前編譯生成的 .o 等文件。輸入命令：
make clean
2)編譯內(nèi)核 此步大約需要 一個(gè)半到兩個(gè)小時(shí)(看機(jī)器的性能)。 輸入命令：
make bzImage
3)編譯modules 輸入命令：
make modules
4)安裝modules 就是把剛才編譯生產(chǎn)的modules拷到系統(tǒng)文件夾下，以供新內(nèi)核調(diào)用。 輸入命令：
make modules_install
5)建立要載入ramdisk的映像文件
如果linux系統(tǒng)安裝在scsi磁盤上，這步是必須的，否則可以跳過。
切換至/usr/src目錄
輸入命令：
mkinitramfs -o /boot/initrd.img-3.2.0 3.2.0
(4)安裝內(nèi)核
輸入命令：
make install
此時(shí)系統(tǒng)會(huì)把linux內(nèi)核的鏡像文件還有System.map考入到/boot下，然后會(huì)自動(dòng)生成引導(dǎo)菜單。
7、配置grub
配置grub引導(dǎo)程序
ubuntu系統(tǒng)中g(shù)rub的默認(rèn)等待時(shí)間為0，要想進(jìn)入grub菜單，就要修改下等待時(shí)間。
修改系統(tǒng)文件/etc/default/grub
將GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=0改為GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=10
如圖：
修改系統(tǒng)文件/etc/default/grub后需用update-grub命令自動(dòng)生成啟動(dòng)的選項(xiàng)。
執(zhí)行
sudo update-grub
要想系統(tǒng)重啟后的grub引導(dǎo)界面有我們安裝好的內(nèi)核選項(xiàng)我們還需修改/boot/grub/grub.cfg 文件。
屏蔽 124行 的 // submenu "Previous Linux versions" {
在125行 加入一個(gè) {
如圖：
8、重啟ubuntu
重啟后按 “shift”鍵， 選擇 Ubuntu , Linux 3.2.0 選項(xiàng)
如圖：
9、測(cè)試
(1)編寫測(cè)試代碼
調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的方式是使用_syscall宏。2.6.18版本之前的內(nèi)核，在include/asm-i386/unistd.h文件中定義有7個(gè)_syscall宏，分別是：
1 _syscall0(type,name)
2 _syscall1(type,name,type1,arg1)
3 _syscall2(type,name,type1,arg1,type2,arg2)
4 _syscall3(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3)
5 _syscall4(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4)
6 _syscall5(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4,type5,arg5)
7 _syscall6(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4,type5,arg5,type6,arg6)
但是自2.6.19版本開始，_syscall宏被廢除，我們需要使用syscall函數(shù)，通過指定系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和一組參數(shù)來調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用。
syscall函數(shù)原型為：
int syscall(int number, ...);
其中number是系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，number后面應(yīng)順序接上該系統(tǒng)調(diào)用的所有參數(shù)。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include
#include "../linux-3.2/arch/x86/include/asm/unistd_32.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
syscall(349);
return 0;
}
(2)測(cè)試
測(cè)試代碼寫完后編譯
gcc test.c -o test
注意 系統(tǒng)調(diào)用里的打印printk是有優(yōu)先級(jí)的，在使用printk時(shí)可指定printk的優(yōu)先級(jí)，只有printk的優(yōu)先級(jí)大于終端時(shí)，終端上才會(huì)顯示出printk打印出的內(nèi)容。
打印方法1：
切換至字符模式
打印方法2：
使用dmesg函數(shù)
Ubuntu切換到字符模式下的方法：
按 ctl + alt + F1 (F1～F6)
切換回圖形界面的方法
按 alt + F7
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