Linux下系統(tǒng)調用的技巧

　　linux的系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)調用號分門別類地服務。

　　從系統(tǒng)分析的角度，linux的系統(tǒng)調用涉及4個方面的問題。

　　(1)與系統(tǒng)調用有關的數據結構和函數

　　函數名以“sys_”開頭，后跟該系統(tǒng)調用的名字。例如，系統(tǒng)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(tǒng)調用規(guī)定了唯一的編號。假設用name表示系統(tǒng)調用的名稱，那么系統(tǒng)調用號與系統(tǒng)調用響應函數的關系是：以系統(tǒng)調用號_NR_name作為下標，可找出系統(tǒng)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(tǒng)調用的響應函數sys_name的入口地址。系統(tǒng)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(tǒng)調用

　　在表中的偏移量，找到對應的系統(tǒng)調用響應函數的入口地址。系統(tǒng)調用表共256項，余下的項是可供用戶自己添加的系統(tǒng)調用空間。

　　(2)進程的系統(tǒng)調用命令轉換為INT 0x80中斷的過程

　　宏定義_syscallN()見include/asm/unisted.h)用于系統(tǒng)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(tǒng)調用由_syscallN()負責格式轉換和參數傳遞。系統(tǒng)調用號放入EAX寄存器，啟動INT 0x80

　　后，規(guī)定返回值送EAX寄存器。

　　(3)系統(tǒng)調用功能模塊的初始化

　　對系統(tǒng)調用的初始化也就是對INT

　　0x80的初始化。系統(tǒng)啟動時，匯編子程序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(tǒng)調用的總入口。

　　(4)內核如何為各種系統(tǒng)調用服務

　　當進程需要進行系統(tǒng)調用時，必須以C語言函數的形式寫一句系統(tǒng)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(zhí)行到用戶程序的系統(tǒng)調用命令時，實際上執(zhí)

　　行了由宏命令_syscallN()展開的函數。系統(tǒng)調用的參數 由各通用寄存器傳遞，然后執(zhí)行INT 0x80，以內核態(tài)進

　　入入口地址system_call。

　　(5)ret_from_sys_call

　　以ret_from_sys_call入口的匯編程序段在linux進程管理中起到了十分重要的作用。所有系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)調用

　　通過以上分析linux系統(tǒng)調用的過程，

　　將自己的系統(tǒng)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(tǒng)調用，

　　并把它加到內核中去。要增加的系統(tǒng)調用是：inttestsyscall()，其功能是在控制終端屏幕上顯示hello world，

　　執(zhí)行成功后返回0。

　　1編寫inttestsyscall()系統(tǒng)調用

　　編寫一個系統(tǒng)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 world\n");

　　return 0;

　　}

　　2連接新的系統(tǒng)調用

　　編寫了新的系統(tǒng)調用過程后，下一項任務是使內核的其余部分知道這一程序的存在，然后重建包含新的系統(tǒng)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,然后重新獎勵和運行新內核。

　　3).使用新的系統(tǒng)調用

　　在保證的C語言庫中沒有新的系統(tǒng)調用的程序段，必須自己建立其代碼如下

　　#inculde

　　_syscall0(int,testsyscall)

　　main()

　　{

　　tsetsyscall();

　　}

　　在這里使用了_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(tǒng)調用參數值加載相應的cpu寄存器， 然后執(zhí)行int

　　0x80中斷指令。

　　3.利用內核模塊添加系統(tǒng)調用

　　模塊是內核的一部分，但是并沒有被編譯到內核里面去。它們被分別編譯并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。由于內核模塊是內核的一部分，所以能訪問所有內核資源。根據對linux系統(tǒng)調用機制的分析，

　　如果要增加系統(tǒng)調用，可以編寫自己的函數來實現，然后在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(tǒng)調用。下面用該方法實現在控制終端上打印“hello world” 的系統(tǒng)調用testsyscall()。

　　1)編寫系統(tǒng)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 world\n");

　　return 0;

　　}

　　int init_module()

　　{ sys_call_table[_NR_tsetsyscall]=testsyscall;

　　printf("system call testsyscall() loaded success\n");

　　return 0;

　　}

　　void cleanup_module()

　　{

　　}

　　2)使用新的系統(tǒng)調用#define

　　#define_NR_testsyscall 191

　　_syscall0(int,testsyscall)

　　main()

　　{

　　testsyscall();

　　}

　　3)編譯內核模塊并插入內核

　　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 是關于代碼優(yōu)化的設置， 內核模塊必須優(yōu)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。最后使用insmod

　　syscall.o命令將模塊插入內核后即可使用增加的系統(tǒng)調用。

　　比較以上二種方法，筆者認為采用內核模塊的方法較好。因為這種方法可省去編譯新內核并用新內核重新 啟動的麻煩，這一優(yōu)點對于代碼的調試是非常有價值的， 可以節(jié)省大量時間。