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linux下系統調用原理與應用

日期:2017/3/2 16:34:33   编辑:Linux服務器

 1.linux系統調用的基本原理

  linux的系統調用形式與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軟中斷進入後,再根據系統調用號分門別類地服務。

  從系統分析的角度,linux的系統調用涉及4個方面的問題。

  (1)與系統調用有關的數據結構和函數

  函數名以“sys_”開頭,後跟該系統調用的名字。例如,系統調用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為每個系統調用規定了唯一的編號。假設用name表示系統調用的名稱,那麼系統調用號與系統調用響應函數的關系是:以系統調用號_NR_name作為下標,可找出系統調用表sys_call_table(見

  arch/i386/kernel/entry.S)中對應表項的內容,它正好 是該系統調用的響應函數sys_name的入口地址。系統調

  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調用

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

  (2)進程的系統調用命令轉換為INT 0x80中斷的過程

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

  後,規定返回值送EAX寄存器。

  (3)系統調用功能模塊的初始化

  對系統調用的初始化也就是對INT

  0x80的初始化。系統啟動時,匯編子程序setup_idt(見arch/i386/kernel/head.S)准備了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就是所有系統調用的總入口。

  (4)內核如何為各種系統調用服務

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

  行了由宏命令_syscallN()展開的函數。系統調用的參數 由各通用寄存器傳遞,然後執行INT 0x80,以內核態進

  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調用

  通過以上分析linux系統調用的過程,

  將自己的系統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調用,

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

  執行成功後返回0。

  1編寫inttestsyscall()系統調用

  編寫一個系統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連接新的系統調用

  編寫了新的系統調用過程後,下一項任務是使內核的其余部分知道這一程序的存在,然後重建包含新的系統調用的內核。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,然後重新獎勵和運行新內核。

  3).使用新的系統調用

  在保證的C語言庫中沒有新的系統調用的程序段,必須自己建立其代碼如下

  #inculde

  _syscall0(int,testsyscall)

  main()

  {

  tsetsyscall();

  }

  在這裡使用了_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,包括用系統調用參數值加載相應的cpu寄存器, 然後執行int

  0x80中斷指令。

  3.利用內核模塊添加系統調用

  模塊是內核的一部分,但是並沒有被編譯到內核裡面去。它們被分別編譯並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:

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