如何在Linux系統中添加新的系統調用

系統調用是應用程序和操作系統內核之間的功能接口。其主要目的是使得用戶(hù)可以使用操作系統提供的有關(guān)設備管理、輸入/輸入系統、文件系統和進(jìn)程控制、通信以及存儲管理等方面的功能，而不必了解系統程序的內部結構和有關(guān)硬件細節，從而起到減輕用戶(hù)負擔和保護系統以及提高資源利用率的作用。

Linux操作系統作為自由軟件的代表，它優(yōu)良的性能使得它的應用日益廣泛，不僅得到專(zhuān)業(yè)人士的肯定，而且商業(yè)化的應用也是如火如荼。在Linux中，大部分的系統調用包含在Linux的libc庫中，通過(guò)標準的C函數調用方法可以調用這些系統調用。那么，對Linux的發(fā)燒友來(lái)說(shuō)，如何在Linux中增加新的系統調用呢?

1 Linux系統調用機制

在Linux系統中，系統調用是作為一種異常類(lèi)型實(shí)現的。它將執行相應的機器代碼指令來(lái)產(chǎn)生異常信號。產(chǎn)生中斷或異常的重要效果是系統自動(dòng)將用戶(hù)態(tài)切換為核心態(tài)來(lái)對它進(jìn)行處理。這就是說(shuō)，執行系統調用異常指令時(shí)，自動(dòng)地將系統切換為核心態(tài)，并安排異常處理程序的執行。Linux用來(lái)實(shí)現系統調用異常的實(shí)際指令是：

QUOTE:

Int $0x80

這一指令使用中斷/異常向量號128(即16進(jìn)制的80)將控制權轉移給內核。為達到在使用系統調用時(shí)不必用機器指令編程，在標準的C語(yǔ)言庫中為每一系統調用提供了一段短的子程序，完成機器代碼的編程工作。事實(shí)上，機器代碼段非常簡(jiǎn)短。它所要做的工作只是將送給系統調用的參數加載到CPU寄存器中，接著(zhù)執行int $0x80指令。然后運行系統調用，系統調用的返回值將送入CPU的一個(gè)寄存器中，標準的庫子程序取得這一返回值，并將它送回用戶(hù)程序。

為使系統調用的執行成為一項簡(jiǎn)單的任務(wù)，Linux提供了一組預處理宏指令。它們可以用在程序中。這些宏指令取一定的參數，然后擴展為調用指定的系統調用的函數。

這些宏指令具有類(lèi)似下面的名稱(chēng)格式：

QUOTE:

_syscallN(parameters)

其中N是系統調用所需的參數數目，而parameters則用一組參數代替。這些參數使宏指令完成適合于特定的系統調用的擴展。例如，為了建立調用setuid()系統調用的函數，應該使用：

QUOTE:

_syscall1( int， setuid， uid_t， uid )

syscallN( )宏指令的第1個(gè)參數int說(shuō)明產(chǎn)生的函數的返回值的類(lèi)型是整型，第2個(gè)參數setuid說(shuō)明產(chǎn)生的函數的名稱(chēng)。后面是系統調用所需要的每個(gè)參數。這一宏指令后面還有兩個(gè)參數uid_t和uid分別用來(lái)指定參數的類(lèi)型和名稱(chēng)。

另外，用作系統調用的參數的數據類(lèi)型有一個(gè)限制，它們的容量不能超過(guò)四個(gè)字節。這是因為執行int $0x80指令進(jìn)行系統調用時(shí)，所有的參數值都存在32位的CPU寄存器中。使用CPU寄存器傳遞參數帶來(lái)的另一個(gè)限制是可以傳送給系統調用的參數的數目。這個(gè)限制是最多可以傳遞5個(gè)參數。所以L(fǎng)inux一共定義了6個(gè)不同的_syscallN()宏指令，從_syscall0()、_syscall1()直到_syscall5()。

一旦_syscallN()宏指令用特定系統調用的相應參數進(jìn)行了擴展，得到的結果是一個(gè)與系統調用同名的函數，它可以在用戶(hù)程序中執行這一系統調用。

2 添加新的系統調用

如果用戶(hù)在Linux中添加新的系統調用，應該遵循幾個(gè)步驟才能添加成功，下面幾個(gè)步驟詳細說(shuō)明了添加系統調用的相關(guān)內容。

(1) 添加源代碼

第一個(gè)任務(wù)是編寫(xiě)加到內核中的源程序，即將要加到一個(gè)內核文件中去的一個(gè)函數，該函數的名稱(chēng)應該是新的系統調用名稱(chēng)前面加上sys_標志。假設新加的系統調用為mycall(int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加源代碼，如下所示：

QUOTE:

asmlinkage int sys_mycall(int number)

{

return number;

}

作為一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，我們新加的系統調用僅僅返回一個(gè)整型值。

(2) 連接新的系統調用

添加新的系統調用后，下一個(gè)任務(wù)是使Linux內核的其余部分知道該程序的存在。為了從已有的內核程序中增加到新的函數的連接，需要編輯兩個(gè)文件。

在我們所用的Linux內核版本(RedHat 6.0，內核為2.2.5-15)中，第一個(gè)要修改的文件是：

QUOTE:

/usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h

該文件中包含了系統調用清單，用來(lái)給每個(gè)系統調用分配一個(gè)唯一的號碼。文件中每一行的格式如下：

QUOTE:

#define __NR_name NNN

其中，name用系統調用名稱(chēng)代替，而NNN則是該系統調用對應的號碼。應該將新的系統調用名稱(chēng)加到清單的最后，并給它分配號碼序列中下一個(gè)可用的系統調用號。我們的系統調用如下：

QUOTE:

#define __NR_mycall 191

系統調用號為191，之所以系統調用號是191，是因為L(cháng)inux-2.2內核自身的系統調用號碼已經(jīng)用到190。

第二個(gè)要修改的文件是：

QUOTE:

/usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S

該文件中有類(lèi)似如下的清單：

QUOTE:

.long SYMBOL_NAME()

該清單用來(lái)對sys_call_table[]數組進(jìn)行初始化。該數組包含指向內核中每個(gè)系統調用的指針。這樣就在數組中增加了新的內核函數的指針。我們在清單最后添加一行：

QUOTE:

.long SYMBOL_NAME(sys_mycall)

(3) 重建新的Linux內核

為使新的系統調用生效，需要重建Linux的內核。這需要以超級用戶(hù)身份登錄。

QUOTE:

#pwd

/usr/src/linux

#

超級用戶(hù)在當前工作目錄(/usr/src/linux)下，才可以重建內核。

QUOTE:

#make config

#make dep

#make clearn

#make bzImage

編譯完畢后，系統生成一可用于安裝的、壓縮的內核映象文件：

QUOTE:

/usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage

(4) 用新的內核啟動(dòng)系統

要使用新的系統調用，需要用重建的新內核重新引導系統。為此，需要修改/etc/lilo.conf文件，在我們的系統中，該文件內容如下：

QUOTE:

boot=/dev/hda

map=/boot/map

install=/boot/boot.b

prompt

timeout=50

image=/boot/vmlinuz-2.2.5-15