linux内核系统调用实验指导书

预备知识Linux内核结构Linux内核源码Linux系统调用实验指导系统调用的添加Linux内核编译实验步骤linux内核系统调用实验指导书线程同步实验Linux内核结构线程同步实验Linux分为用户空间和内核空间两个层次Linux内核结构线程同步实验Linux内核的组成进程调度(SCHED)：控制进程对CPU的访问内存管理(MM)：允许多个进程安全的共享内存区域虚拟文件系统(VFS)：隐藏各种硬件的具体细节，为所有设备提供统一的接口网络接口(NET)：提供对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持进程间通讯(IPC)：支持进程间各种通信机制Linux内核源码线程同步实验Linuxarchdriversincludeinitmmkernel...CPU类型相关的核心代码。每个子目录代表一种CPU类型，如i386是关于IntelCPU及与之相兼容的体系结构的子目录所有的设备驱动程序。每种驱动程序各占一个子目录，如/block下为块设备驱动程序编译核心所需的大部分头文件。与平台无关的头文件在include/linux子目录下，与IntelCPU相关的头文件在include/asm-i386子目录下核心的初始化代码，包含两个文件main.c和version.c所有独立于CPU体系结构的内存管理代码(与体系结构相关的内存管理代码位于arch/*/mm/下)主要的核心代码，包括大多数Linux系统的内核函数(最重要的文件为进程调度sched.c)，同样，和体系结构相关的代码在arch/*/kernel中Linux系统调用线程同步实验Linux系统调用机制Linux内核中设置了一组用于实现各种系统功能的子程序，称为系统调用用户通过系统调用命令在自己的应用程序中调用它们系统调用与普通函数调用的区别系统调用核心态操作系统核心提供普通的函数调用用户态函数库或用户自己提供Linux系统调用线程同步实验为什么有系统调用？一般用户进程不能直接访问系统内核，不能直接使用或修改内核数据，以免干扰内核程序的执行，妨碍系统安全。系统调用是什么？用户进程要使用内核功能时，只能通过内核提供的接口——系统调用来实现，系统调用实际是操作系统内核提供的、功能较强的一系列函数。系统调用好比一个中间人，把用户进程的系统调用请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户空间。系统调用是用户空间访问内核的唯一手段。系统调用发生时会从用户态转到内核态，完成功能后又由内核态转回用户态Linux系统调用线程同步实验使用系统调用的两种方式1、通过C库函数2、使用syscall函数syscall函数原型为：intsyscall(intnumber,…);通过指定系统调用号和一组函数来调用系统调用*2.6.19版前使用_syscall宏内核系统调用应用程序代码C库函数Linux系统调用线程同步实验用户程序中使用C库中的函数malloc函数free函数srccpy函数open函数brk系统调用open系统调用C库函数系统调用例子Linux系统调用线程同步实验系统如何响应调用的？系统调用函数中的int$0x80汇编指令，会产生向量为128的异常。内核通过查中断向量表找到128号异常对应的处理程序——系统调用处理程system_call()如何找到对应的内核函数？system_call()利用系统调用号查系统调用表sys_call_table，找到对应每个系统调用号的处理函数。Linux系统调用处理流程线程同步实验…xyz()…system_call:…sys_xyz()…ret_from_sys_call:…xyz(){…int0x80…｝sys_xyz(){…｝用户态内核态glibc标准库中的封装例程（系统调用函数的具体实现）系统调用处理程序系统调用服务例程（内核函数）在应用程序中使用系统调用系统调用的添加线程同步实验（1）完成系统调用函数编写待添加的系统调用函数，函数名以sys_开头。系统调用服务例程的名字均遵守一定的规则：系统调用名称前增加“sys_”前缀，比如open系统调用对应sys_open函数如：mycall(intnum)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加代码：asmlinkageintsys_mycall(intnumber){returnnumber;//仅返回一个整型值}系统调用的添加线程同步实验（2）在系统调用表中添加表项让内核的其余部分知道该系统调用的存在。系统调用表sys_call_table存储了所有系统调用对应的服务例程的函数地址。对于X8632位体系结构的系统调用表位于arch/X86/kernel/syscall_table_32.S文件中定义。第n个表项对应了系统调用号为n的服务例程的入口地址的指针如：/usr/src/linux/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S的最后一行增加新的系统调用内核函数指针。.longsys_mycall系统调用的添加线程同步实验（3）添加系统调用号/arch/x86/include/asm/unistd_32.h每个系统调用号都是唯一的，依次对应sys_call_table中的一项，系统调用号写在unistd.h文件中，以“__NR_”开头。内核通过系统调用号作为下标去获取sys_call_table中的服务例程函数地址。系统调用号一旦分配就不能再有任何变更，系统运行中即使该系统调用被删除，它所拥有的系统调用号也不能被回收利用。系统调用的添加线程同步实验如：在/arch/x86/include/asm/unistd_32.h里的#define__NR_recvmmsg337行下添加：#define__NR_mycall338这里系统调用号为338，是因为Linux-2.6内核自身的系统调用号码已经用到337，新添加的系统调用号不能与前面已有的重复。系统调用的添加线程同步实验（4）编写系统调用的测试代码通过调用syscall函数调用添加的系统调用。如：mycall系统调用的系统调用号为338，则调用mycall的方式为syscall(338,argu);argu为mycall的参数。系统调用的添加线程同步实验（1）下载内核到下载新内核解压到/usr/src/kernels目录下（2）清除内核及之前编译的内容makeclean//清除原有不需要的模块和文件makemrproper//删除原来编译产生的垃圾（3）配置内核makeoldconfig//与当前配置相同makeconfig//基于文本的、最为传统的配置界面makemenuconfig//基于文本菜单形式，字符终端下使用makexconfig//基于图形窗口模式，Xwindow下使用Linux内核编译Concurrency(并发性)（4）编译内核make或makezImage//编译内核,makezImage编译压缩//形式的大内核makemodules//编译选择的模块makemodules_install//编译后的模块移到系统标准位置makeinstall//把压缩内核映象拷贝到/boot目//录下,创建System.map符号链接（5）启动项配置mkinitramfs–o/boot/initrd.img-2.6.34.6//创建内核的initrd映象在/boot/grub/grub.cfg中设置启动项的配置Linux内核编译线程同步实验实验环境系统版本：CentOS5.5内核版本：2.6.18-194.el5欲编译内核：2.6.34.13命令uname-r查看当前系统的内核版本实验步骤线程同步实验实验目的：(1)添加新的系统调用pedagogictime,该函数通过使用一个引用参数的调用返回当前的系统时间。(2)编写一个用户空间程序来测试pedagogictime实验步骤线程同步实验[root@localhost~]#cd/usr/src/kernels/linux-2.6.34.13//切换到预编译内核目录[root@localhostlinux-2.6.34.13]#vikernel/sys.c//用vi编辑器打开sys.c文件添加系统调用pedagogictime的代码//添加到sys.c的最后一行//代码如下：asmlinkagelongsys_pedagogictime(structtimeval*tv){if(likely(tv)){structtimevalktv;do_gettimeofday(&ktv);if(copy_to_user(tv,&ktv,sizeof(ktv)))return-EFAULT;}return0;}实验步骤线程同步实验实验步骤线程同步实验[root@localhostlinux-2.6.34.13]#viarch/x86/kernel/syscall_table_32.S//编辑系统调用表syscall_table_32.S，添加pedagogictime.longsys_pedagogictime/*338*/实验步骤线程同步实验[root@localhostlinux-2.6.34.13]#viarch/x86/include/asm/unistd_32.h//编辑unistd_32.h，添加pedagogictime的系统调用号#define__NR_pedagogictime338实验步骤线程同步实验[root@localhostlinux-2.6.34.13]#makemrproper//删除原来编译产生的垃圾[root@localhostlinux-2.6.34.13]#cp/boot/config-2.6.18-194.el5.config//导入原系统的内核配置[root@localhostlinux-2.6.34.13]#makemenuconfig//LoadanAlternateConfigurationFile-导入.config文件-SaveanAlternateConfigurationFile-Exit//导入配置到欲编译内核中[root@localhostlinux-2.6.34.13]#vi.config//修改配置,修改如下：#CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2isnotset修改为：CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2=y实验步骤线程同步实验[root@localhostlinux-2.6.34.13]#makeall//编译内核[root@localhostlinux-2.6.34.13]#makemodules//编译模块[root@localhostlinux-2.6.34.13]#makemodules_install//添加模块到内核[root@localhostlinux-2.6.34.13]#makeinstall//链接、组建内核实验步骤线程同步实验[root@localhostlinux-2.6.34.13]#cp/boot/initrd-2.6.34.13.img/tmp//把刚编译生成的内核拷贝到/tmp文件夹下，用作修改其中配置和重新打包内核[root@localhostlinux-2.6.34.13]#mv/boot/initrd-2.6.34.13.img/boot/initrd-2.6.34.13.img.bak//修改刚编译生成的内核的文件名为initrd-2.6.34.13.img.bak，用作备份[root@localhostlinux-2.6.34.13]#cd/tmp//切换至/tmp文件夹[root@localhosttmp]#mkdirnewinitrd//新建newinitrd文件夹，用作把刚编译的内核解压到该文件夹下[root@localhosttmp]#cdnewinitrd//切换至newinitrd文件夹实验步骤线程同步实验