Linux核心編程實戰經驗談

Linux核心編程實戰經驗談 李豔彬

01-7-27 上午 10:45:17

當前，在國產自主著作權的作業系統這面大旗的倡導下，IT界掀起了一浪高過一浪的Linux編程熱潮。Linux以其源碼開放、配置靈活等不可多得的優越性吸引著越來越多的編程愛好者深入Linux的核心開發。筆者近來實踐過一個Linux的即時化改造課題任務，積累了一點Linux核心編程的實戰經驗，在這裡想就編譯核心、增加系統調用等方面的問題和感興趣的愛好者共做切磋。

編譯核心

在Linux編程的實踐中，經常會遇到編譯核心的問題。為什麼要編譯核心呢？其一，可以定製核心模組。Linux引入了“動態載入模組”的概念，使使用者可以把驅動程式以及非必要的核心功能代碼編譯成“模組”，由系統在需要時動態載入，不需要時自動卸載，從而提高了系統的效率和靈活性。其二，可以定製系統功能。當添加某種裝置時、增加系統功能時、系統暴露出缺陷需要打“補丁”時，當新版核心出現準備用來升級時，編譯核心是不可避免的。而且，編譯核心正是Linux專屬的“系統級DIY”的魅力所在！

好，現在就讓我們一起開始——編譯核心！

（1）安裝源碼

首先要確定自己Linux系統是否已安裝了核心源碼：

# rpm -q kernel-source

kernel_source-2.2.5-16

如果證實沒有安裝，則需要找來安裝盤或從網上下載kernel-source-2.2.5-15.i386.rpm並安裝：

# rpm -Uhv kernel-source-2.2.5-15.i386.rpm

如果是升級到新版本，則需要找來升級包（linux-2.2.16.tar.gz），自己解壓安裝：

# cd /usr/src

進入源碼目錄。

# rm -rf linux

刪除以前的連結。

# tar xzvf linux-2.2.16.tar.gz

解壓升級包。

# ln -s linux-2.2.16 linux

重建目錄連結。

（2）配置核心

進入核心源碼所在目錄：

# cd /usr/src/linux

先清除多餘的（一般是以前編譯產生的）檔案：

# make mrproper

開始配置核心（如果對各選項不是很熟悉的話，建議按斷行符號鍵）：

# make config

（3）編譯核心

清除以前產生的目標檔案及其他檔案：

# make clean

理順各檔案之間的依存關係：

# make dep

編譯壓縮的核心：

# make bzImage

編譯模組：

# make modules-install

（4）裝新核心

將新核心檔案複製到用於存放開機檔案的 /boot目錄：

# cp /usr/src/linux/System.map /boot/System.new

# cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz.new

進入啟動目錄：

# cd /boot

給新核心建立連結：

# rm System.map

# ln -s System.new System.map

# rm vmlinuz

# ln -s vmlinuz.new vmlinuz

編輯LILO的設定檔/etc/lilo.conf ，使LILO能啟動新核心：

# vi /etc/lilo.conf

在檔案末加入以下部分：（後兩行內容要與舊核心相應行保持一致）

image=/boot/vmlinuz.new

lable=new

root=/dev/hda3

read-only

重寫LILO的開機磁區，使改動生效：

# lilo

（5）重啟系統

# reboot

當重啟後出現 lilo: 提示時輸入新核心的標號（按TAB鍵可顯示所有的標號）：

lilo: new

OK！！boot new......

.....

一切運行正常，新核心引導成功！

以上步驟在pentium Ⅲ/64M/20G、Red Hat Linux 6.0（2.2.5-15）機上測試通過。

增加系統調用

在實際編程中，尤其是當我們需要增加或完善系統功能的時候，我們經常會用到系統調用函數。系統調用函數通常由使用者進程在使用者態下調用，核心通過system_call 函數響應系統調用產生的非強制中斷，在正確訪問核心棧、系統調用開關表之後陷入到作業系統核心中進行處理。

系統調用是使用者進程由使用者態切換到核心態的一種常見方式。利用編寫系統調用函數來直接調用了部分作業系統核心代碼，也是Linux核心編程者必修之功。下面筆者以在Linux中建立一個名為print_info的系統調用函數為例，來說明如何為核心增加系統調用。

需要以下幾個基本步驟：

1、編寫系統調用函數

編輯sys.c檔案：

# cd /usr/src/linux/kernel

# vi sys.c

在檔案的最後增加一個系統調用函數：

asmlinkage int sys_print_info(int testflag)

{

printk(" Its my syscall function!n");

return 0;

}

該函數有一個int型入口參數testflag,並返回整數0。

2、修改與系統調用號相關的檔案

編輯入口表檔案：

# cd /usr/src/linux/arch/i386/kernel

# vi entry.S

把函數的入口地址加到sys_call_table表中：

arch/i386/kernel/entry.S中的最後幾行原始碼修改前為：

......

.long SYMBOL_NAME(sys_sendfile)

.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams1 */

.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams2 */

.long SYMBOL_NAME(sys_vfork) /* 190 */

rept NR_syscalls-190

.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)

.endr

修改後為：

......

.long SYMBOL_NAME(sys_sendfile)

.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams1 */

.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams2 */

.long SYMBOL_NAME(sys_vfork) /* 190 */

.long SYMBOL_NAME(sys_print_info) /* added by I */

.rept NR_syscalls-191

.endr

修改相應的標頭檔：

# cd /usr/src/linux/include/asm

# vi unistd.h

把增加的sys_call_table表項所對應的向量，在include/asm/unistd.h中進行必要申明，以供使用者進程和其他系統進程查詢或調用。

#define __NR_putpmsg 189

#define __NR_vfork 190

#define __NR_print_info 191 /* added by I */

3、編譯核心，再重啟動

4、測試

編寫使用者測試程式（test.c）：

# vi test.c

#include

#include

extern int errno;

_syscall1(int,print_info,int,testflag)

main()

{

int i;

i= print_info(0);

if(i==0)

printf("i=%d , syscall success!n",i);

}

如果要在使用者程式中使用系統調用函數，那麼在主函數main前必須申明調用_syscall，其中1 表示該系統調用只有一個入口參數，第一個int 表示系統調用的傳回值為整型，print_info為系統調用函數名，第二個int 表示入口參數的類型為整型，testflag為入口參數名。

編譯測試程式：

# gcc -o test test.c

執行測試程式：

# ./test

Its my syscall function!

i=0, syscall success!

ok!!!增加系統調用函數成功！

以上步驟在pentium Ⅲ/64M/20G、Red Hat Linux 6.0（2.2.5-15）機上測試通過。