在Linux中添加新的系統調用

 系統調用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、檔案系統和進程式控制制、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使用率的作用。

　　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，大部分的系統調用包含在Linux的libc庫中，通過標準的C函數調用方法可以調用這些系統調用。那麼，對Linux的發燒友來說，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型實現的。它將執行相應的機器代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，執行系統調用異常指令時，自動地將系統切換為核心態，並安排例外處理常式的執行。

　　Linux用來實現系統調用異常的實際指令是：

　　Int $0x80

　　這一指令使用中斷/異常向量號128（即16進位的80）將控制權轉移給核心。為達到在使用系統調用時不必用機器指令編程，在標準的C語言庫中為每一系統調用提供了一段短的子程式，完成機器代碼的編程工作。事實上，機器程式碼片段非常簡短。它所要做的工作只是將送給系統調用的參數載入到CPU寄存器中，接著執行int $0x80指令。然後運行系統調用，系統調用的傳回值將送入CPU的一個寄存器中，標準的庫子程式取得這一傳回值，並將它送回使用者程式。

　　為使系統調用的執行成為一項簡單的任務，Linux提供了一組預先處理巨集指令。它們可以用在程式中。這些巨集指令取一定的參數，然後擴充為調用指定的系統調用的函數。

　　這些巨集指令具有類似下面的名稱格式：

　　_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。這些參數使巨集指令完成適合於特定的系統調用的擴充。例如，為了建立調用setuid（）系統調用的函數，應該使用：

　　_syscall1（ int， setuid， uid_t， uid ）

　　syscallN（ ）巨集指令的第1個參數int說明產生的函數的傳回值的類型是整型，第2個參數setuid說明產生的函數的名稱。後面是系統調用所需要的每個參數。這一巨集指令後面還有兩個參數uid_t和uid分別用來指定參數的類型和名稱。

　　另外，用作系統調用的參數的資料類型有一個限制，它們的容量不能超過四個位元組。這是因為執行int $0x80指令進行系統調用時，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的另一個限制是可以傳送給系統調用的參數的數目。這個限制是最多可以傳遞5個參數。所以Linux一共定義了6個不同的_syscallN（）巨集指令，從_syscall0（）、_syscall1（）直到_syscall5（）。

　　一旦_syscallN（）巨集指令用特定系統調用的相應參數進行了擴充，得到的結果是一個與系統調用同名的函數，它可以在使用者程式中執行這一系統調用。

2 添加新的系統調用

　　如果使用者在Linux中添加新的系統調用，應該遵循幾個步驟才能添加成功，下面幾個步驟詳細說明了添加系統調用的相關內容。

（1） 添加原始碼

　　第一個任務是編寫加到核心中的來源程式，即將要加到一個核心檔案中去的一個函數，該函數的名稱應該是新的系統調用名稱前面加上sys_標誌。假設新加的系統調用為mycall(int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c檔案中添加原始碼，如下所示：

　　asmlinkage int sys_mycall(int number)

　　{

　　return number;

　　}

　　作為一個最簡單的例子，我們新加的系統調用僅僅返回一個整型值。

（2） 串連新的系統調用

　　添加新的系統調用後，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數的串連，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調用清單，用來給每個系統調用分配一個唯一的號碼。檔案中每一行的格式如下：

　　#define __NR_name NNN

　　其中，name用系統調用名稱代替，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調用號。我們的系統調用如下：

　　#define __NR_mycall 191

　　系統調用號為191，之所以系統調用號是191，是因為Linux-2.2核心自身的系統調用號碼已經用到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[]數組進行初始化。該數組包含指向核心中每個系統調用的指標。這樣就在數組中增加了新的核心功能的指標。我們在清單最後添加一行：

　　.long SYMBOL_NAME(sys_mycall)

　　　　

（3） 重建新的Linux核心

　　為使新的系統調用生效，需要重建Linux的核心。這需要以超級使用者身份登入。

　　#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，系統產生一可用於安裝的、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

　　要使用新的系統調用，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，添加新的引導核心：

　　image=/boot/bzImage-new

　　label=linux-new

　　root=/dev/hdb1

　　read-only

　　添加完畢，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設定檔，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，新添加的系統調用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調用了。

（5）使用新的系統調用

　　在應用程式中使用新添加的系統調用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，由於使用了系統調用，編譯和執行程式時，使用者都應該是超級使用者身份。