Linux下系統(tǒng)調(diào)用的技巧

　　linux的系統(tǒng)調(diào)用形式與POSIX兼容，也是一套C語(yǔ)言函數(shù)名的集合。然而，linux系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式卻與DOC的INT 21H相似，它是經(jīng)過(guò)INT 0X80H軟中斷進(jìn)入后，再根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)分門(mén)別類(lèi)地服務(wù)。

　　從系統(tǒng)分析的角度，linux的系統(tǒng)調(diào)用涉及4個(gè)方面的問(wèn)題。

　　(1)與系統(tǒng)調(diào)用有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)

　　函數(shù)名以“sys_”開(kāi)頭，后跟該系統(tǒng)調(diào)用的名字。例如，系統(tǒng)調(diào)用fork()的響應(yīng)函數(shù)是sys_fork()(見(jiàn)Kernel/fork.c),exit()的響應(yīng)函數(shù)是sys_exit()(見(jiàn)kernel/fork.c)。

　　文件include/asm/unisted.h為每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用規(guī)定了唯一的編號(hào)。假設(shè)用name表示系統(tǒng)調(diào)用的名稱(chēng)，那么系統(tǒng)調(diào)用號(hào)與系統(tǒng)調(diào)用響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系是：以系統(tǒng)調(diào)用號(hào)_NR_name作為下標(biāo)，可找出系統(tǒng)調(diào)用表sys_call_table(見(jiàn)

　　arch/i386/kernel/entry.S)中對(duì)應(yīng)表項(xiàng)的內(nèi)容，它正好 是該系統(tǒng)調(diào)用的響應(yīng)函數(shù)sys_name的入口地址。系統(tǒng)調(diào)

　　用表sys_call_table記錄了各sys_name函數(shù)在表中的位 置，共190項(xiàng)。有了這張表，就很容易根據(jù)特定系統(tǒng)調(diào)用

　　在表中的偏移量，找到對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用響應(yīng)函數(shù)的入口地址。系統(tǒng)調(diào)用表共256項(xiàng)，余下的項(xiàng)是可供用戶(hù)自己添加的系統(tǒng)調(diào)用空間。

　　(2)進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用命令轉(zhuǎn)換為INT 0x80中斷的過(guò)程

　　宏定義_syscallN()見(jiàn)include/asm/unisted.h)用于系統(tǒng)調(diào)用的格式轉(zhuǎn)換和參數(shù)的傳遞。N取0~5之間的整數(shù)。

　　參數(shù)個(gè)數(shù)為N的系統(tǒng)調(diào)用由_syscallN()負(fù)責(zé)格式轉(zhuǎn)換和參數(shù)傳遞。系統(tǒng)調(diào)用號(hào)放入EAX寄存器，啟動(dòng)INT 0x80

　　后，規(guī)定返回值送EAX寄存器。

　　(3)系統(tǒng)調(diào)用功能模塊的初始化

　　對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的初始化也就是對(duì)INT

　　0x80的初始化。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，匯編子程序setup_idt(見(jiàn)arch/i386/kernel/head.S)準(zhǔn)備了1張256項(xiàng)的idt表，由

　　start_kernel()(見(jiàn) init/main.c),trap_init()(見(jiàn)

　　arch/i386/kernel/traps.c)調(diào)用的C語(yǔ)言宏定義

　　set_system_gate(0x80,&system_call)(見(jiàn)include/asm/system.h)設(shè)置0x80號(hào)軟中斷的服務(wù)程序?yàn)?system_call(見(jiàn)

　　arch/i386/kernel/entry.S),system.call就是所有系統(tǒng)調(diào)用的總?cè)肟凇?/p>

　　(4)內(nèi)核如何為各種系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)

　　當(dāng)進(jìn)程需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，必須以C語(yǔ)言函數(shù)的形式寫(xiě)一句系統(tǒng)調(diào)用命令。該命令如果已在某個(gè)頭文件

　　中由相應(yīng)的_syscallN()展開(kāi)，則用戶(hù)程序必須包含該文 件。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行到用戶(hù)程序的系統(tǒng)調(diào)用命令時(shí)，實(shí)際上執(zhí)

　　行了由宏命令_syscallN()展開(kāi)的函數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù) 由各通用寄存器傳遞，然后執(zhí)行INT 0x80，以?xún)?nèi)核態(tài)進(jìn)

　　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(jìn)程管理中起到了十分重要的作用。所有系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束前以及大部分中斷服務(wù)返回前，都會(huì)跳轉(zhuǎn)至此處入口地址。 該段程序不僅僅為系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)，它還處理中斷嵌套、CPU調(diào)度、信號(hào)等事務(wù)。

　　2.通過(guò)修改內(nèi)核源代碼添加系統(tǒng)調(diào)用

　　通過(guò)以上分析linux系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程，

　　將自己的系統(tǒng)調(diào)用加到內(nèi)核中就是一件容易的事情。下面介紹一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)調(diào)用，

　　并把它加到內(nèi)核中去。要增加的系統(tǒng)調(diào)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(xiě)inttestsyscall()系統(tǒng)調(diào)用

　　編寫(xiě)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用意味著要給內(nèi)核增加1個(gè)函數(shù)，將新函數(shù)放入文件kernel/sys.c中。新函數(shù)代碼如下：

　　asmlingkage sys_testsyscall()

　　{ console_print("hello world\n");

　　return 0;

　　}

　　2連接新的系統(tǒng)調(diào)用

　　編寫(xiě)了新的系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程后，下一項(xiàng)任務(wù)是使內(nèi)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(diào)用的內(nèi)核。為了把新的函數(shù)連接到已有的內(nèi)核中去， 需要編輯2個(gè)文件：

　　1).inculde/asm/unistd.h在這個(gè)文件中加入

　　#define_NR_testsyscall 191

　　2).are/i386/kernel/entry.s這個(gè)文件用來(lái)對(duì)指針數(shù)組初始化，在這個(gè)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(jiǎng)勵(lì)和運(yùn)行新內(nèi)核。

　　3).使用新的系統(tǒng)調(diào)用

　　在保證的C語(yǔ)言庫(kù)中沒(méi)有新的系統(tǒng)調(diào)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(kuò)展成名為syscall()的函數(shù)，它在main()函數(shù)內(nèi)部加以調(diào)用。

　　在testsyscall()函數(shù)中， 預(yù)處理程序產(chǎn)生所有必要的機(jī)器指令代碼，包括用系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)值加載相應(yīng)的cpu寄存器， 然后執(zhí)行int

　　0x80中斷指令。

　　3.利用內(nèi)核模塊添加系統(tǒng)調(diào)用

　　模塊是內(nèi)核的一部分，但是并沒(méi)有被編譯到內(nèi)核里面去。它們被分別編譯并連接成一組目標(biāo)文件， 這些文件能被插入到正在運(yùn)行的內(nèi)核，或者從正在運(yùn)行的內(nèi)核中移走。內(nèi)核模塊至少必須有2個(gè)函數(shù)：

　　int_module和cleanup_module。第一個(gè)函數(shù)是在把模塊插入內(nèi)核時(shí)調(diào)用的;

　　第二個(gè)函數(shù)則在刪除該模塊時(shí)調(diào)用。由于內(nèi)核模塊是內(nèi)核的一部分，所以能訪(fǎng)問(wèn)所有內(nèi)核資源。根據(jù)對(duì)linux系統(tǒng)調(diào)用機(jī)制的分析，

　　如果要增加系統(tǒng)調(diào)用，可以編寫(xiě)自己的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后在sys_call_table表中增加一項(xiàng)，使該項(xiàng)中的指針指向自己編寫(xiě)的函數(shù)，

　　就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用。下面用該方法實(shí)現(xiàn)在控制終端上打印“hello world” 的系統(tǒng)調(diào)用testsyscall()。

　　1)編寫(xiě)系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)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(diào)用#define

　　#define_NR_testsyscall 191

　　_syscall0(int,testsyscall)

　　main()

　　{

　　testsyscall();

　　}

　　3)編譯內(nèi)核模塊并插入內(nèi)核

　　編譯內(nèi)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(shù)-02 是關(guān)于代碼優(yōu)化的設(shè)置， 內(nèi)核模塊必須優(yōu)化;

　　參數(shù)-D_LERNEL通知頭文件向內(nèi)核模塊提供正確的定義; 參數(shù)-D_KERNEL_通知頭文件，

　　這個(gè)程序代碼將在內(nèi)核模式下運(yùn)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(nèi)核后即可使用增加的系統(tǒng)調(diào)用。

　　比較以上二種方法，筆者認(rèn)為采用內(nèi)核模塊的方法較好。因?yàn)檫@種方法可省去編譯新內(nèi)核并用新內(nèi)核重新 啟動(dòng)的麻煩，這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)于代碼的調(diào)試是非常有價(jià)值的， 可以節(jié)省大量時(shí)間。