在Linux中新增新的系統呼叫(轉)

在Linux中新增新的系統呼叫(轉)[@more@]系統呼叫是應用程式和作業系統核心之間的功能介面。其主要目的是使得使用者
可以使用作業系統提供的有關裝置管理、輸入/輸入系統、檔案系統和程式控制、
通訊以及儲存管理等方面的功能，而不必瞭解系統程式的內部結構和有關硬體細
節，從而起到減輕使用者負擔和保護系統以及提高資源利用率的作用。

　　Linux作業系統作為自由軟體的代表，它優良的效能使得它的應用日益廣泛，
不僅得到專業人士的肯定，而且商業化的應用也是如火如荼。在Linux中，大部分
的系統呼叫包含在Linux的libc庫中，透過標準的C函式呼叫方法可以呼叫這些系統
呼叫。那麼，對Linux的發燒友來說，如何在Linux中增加新的系統呼叫呢？

1 Linux系統呼叫機制

　　在Linux系統中，系統呼叫是作為一種異常型別實現的。它將執行相應的機器
程式碼指令來產生異常訊號。產生中斷或異常的重要效果是系統自動將使用者態切換為
核心態來對它進行處理。這就是說，執行系統呼叫異常指令時，自動地將系統切換
為核心態，並安排異常處理程式的執行。

　　Linux用來實現系統呼叫異常的實際指令是：

　　Int  $0x80

　　這一指令使用中斷/異常向量號128（即16進位制的80）將控制權轉移給核心。為
達到在使用系統呼叫時不必用機器指令程式設計，在標準的C語言庫中為每一系統呼叫
提供了一段短的子程式，完成機器程式碼的程式設計工作。事實上，機器程式碼段非常簡
短。它所要做的工作只是將送給系統呼叫的引數載入到CPU暫存器中，接著執行
int  $0x80指令。然後執行系統呼叫，系統呼叫的返回值將送入CPU的一個暫存器
中，標準的庫子程式取得這一返回值，並將它送回使用者程式。

　　為使系統呼叫的執行成為一項簡單的任務，Linux提供了一組預處理宏指令。
它們可以用在程式中。這些宏指令取一定的引數，然後擴充套件為呼叫指定的系統呼叫
的函式。

　　這些宏指令具有類似下面的名稱格式：

　　_syscallN（parameters）

　　其中N是系統呼叫所需的引數數目，而parameters則用一組引數代替。這些參
數使宏指令完成適合於特定的系統呼叫的擴充套件。例如，為了建立呼叫setuid（）系
統呼叫的函式，應該使用：

　　_syscall1（ int， setuid， uid_t， uid ）

　　syscallN（ ）宏指令的第1個引數int說明產生的函式的返回值的型別是整
型，第2個引數setuid說明產生的函式的名稱。後面是系統呼叫所需要的每個參
數。這一宏指令後面還有兩個引數uid_t和uid分別用來指定引數的型別和名稱。

　　另外，用作系統呼叫的引數的資料型別有一個限制，它們的容量不能超過四個
位元組。這是因為執行int  $0x80指令進行系統呼叫時，所有的引數值都存在32位的
CPU暫存器中。使用CPU暫存器傳遞引數帶來的另一個限制是可以傳送給系統呼叫的
引數的數目。這個限制是最多可以傳遞5個引數。所以Linux一共定義了6個不同的
_syscallN（）宏指令，從_syscall0（）、_syscall1（）直到_syscall5（）。

　　一旦_syscallN（）宏指令用特定系統呼叫的相應引數進行了擴充套件，得到的結
果是一個與系統呼叫同名的函式，它可以在使用者程式中執行這一系統呼叫。

　

2 新增新的系統呼叫

　　如果使用者在Linux中新增新的系統呼叫，應該遵循幾個步驟才能新增成功，下
面幾個步驟詳細說明了新增系統呼叫的相關內容。

（1） 新增原始碼

　　第一個任務是編寫加到核心中的源程式，即將要加到一個核心檔案中去的一個
函式，該函式的名稱應該是新的系統呼叫名稱前面加上sys_標誌。假設新加的系統
呼叫為mycall(int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c檔案中新增源代
碼，如下所示：

　　asmlinkage int sys_mycall(int number)

　　{

　　return number;

　　}

　　作為一個最簡單的例子，我們新加的系統呼叫僅僅返回一個整型值。

（2） 連線新的系統呼叫

　　新增新的系統呼叫後，下一個任務是使Linux核心的其餘部分知道該程式的存
在。為了從已有的核心程式中增加到新的函式的連線，需要編輯兩個檔案。

　　在我們所用的Linux核心版本（RedHat 6.0，核心為2.2.5-15）中，第一個要
修改的檔案是：

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

　　該檔案中包含了系統呼叫清單，用來給每個系統呼叫分配一個唯一的號碼。文
件中每一行的格式如下：

　　#define __NR_name NNN

　　其中，name用系統呼叫名稱代替，而NNN則是該系統呼叫對應的號碼。應該將
新的系統呼叫名稱加到清單的最後，並給它分配號碼序列中下一個可用的系統呼叫
號。我們的系統呼叫如下：

　　#define __NR_mycall 191

　　系統呼叫號為191，之所以系統呼叫號是191，是因為Linux-2.2核心自身的系
統呼叫號碼已經用到190。

　　第二個要修改的檔案是：

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

　　該檔案中有類似如下的清單：

　　.long SYMBOL_NAME（）

　　該清單用來對sys_call_table[]陣列進行初始化。該陣列包含指向核心中每個
系統呼叫的指標。這樣就在陣列中增加了新的核心函式的指標。我們在清單最後添
加一行：

　　.long SYMBOL_NAME(sys_mycall)

　　　　

（3） 重建新的Linux核心

　　為使新的系統呼叫生效，需要重建Linux的核心。這需要以超級使用者身份登
錄。

　　#pwd
　　/usr/src/linux
　　#

　　超級使用者在當前工作目錄（/usr/src/linux）下，才可以重建核心。

　　#make config
　　#make dep
　　#make clearn
　　#make bzImage

　　編譯完畢後，系統生成一可用於安裝的、壓縮的核心映象檔案：

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

（4） 用新的核心啟動系統

　　要使用新的系統呼叫，需要用重建的新核心重新引導系統。為此，需要修
改/etc/lilo.conf檔案，在我們的系統中，該檔案內容如下：

　　boot=/dev/hda
　　map=/boot/map
　　install=/boot/boot.b
　　prompt
　　timeout=50

　　image=/boot/vmlinuz-2.2.5-15
　　label=linux
　　root=/dev/hdb1
　read-only

　　other=/dev/hda1
　　label=dos
　　table=/dev/had

　　首先編輯該檔案，新增新的引導核心：

　　image=/boot/bzImage-new
　　label=linux-new
　　root=/dev/hdb1
　　read-only

　　新增完畢，該檔案內容如下所示：

　　boot=/dev/hda
　　map=/boot/map
　　install=/boot/boot.b
　　prompt
　　timeout=50

　　image=/boot/bzImage-new
　　label=linux-new
　　root=/dev/hdb1
　　read-only

　　image=/boot/vmlinuz-2.2.5-15
　　label=linux
　　root=/dev/hdb1
　　read-only

　　other=/dev/hda1
　　label=dos
　　table=/dev/hda

　　這樣，新的核心映象bzImage-new成為預設的引導核心。

　　為了使用新的lilo.conf配置檔案，還應執行下面的命令：

　　#cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/zImage /boot/bzImage-new

　　其次配置lilo:

　　# /sbin/lilo

　　現在，當重新引導系統時，在boot:提示符後面有三種選擇：linux-new 、
linux、dos，新核心成為預設的引導核心。

　　至此，新的Linux核心已經建立，新新增的系統呼叫已成為作業系統的一部
分，重新啟動Linux，使用者就可以在應用程式中使用該系統呼叫了。

（5）使用新的系統呼叫

　　在應用程式中使用新新增的系統呼叫mycall。同樣為實驗目的，我們寫了一個
簡單的例子xtdy.c。

　　/* xtdy.c */

　　#include

　　_syscall1(int,mycall,int,ret)

　　main()

　　{

　　printf("%d n",mycall(100));

　　}

　　編譯該程式：

　　# cc -o xtdy xtdy.c

　　執行：

　　# xtdy

　　結果：

　　# 100

　　注意，由於使用了系統呼叫，編譯和執行程式時，使用者都應該是超級使用者身
份。

原作者：不詳
來源：電腦報