如何在Linux内核里增加一个系统调用？

一、Linux0.11下添加系统调用：\x0d\x0a\x0d\x0a我在bochs2.2.1中对linux0.11内核添加了一个新的系统调用，步骤如下： \x0d\x0a1./usr/src/linux/include/unistd.h中添加：#define __NR_mytest 87 \x0d\x0a然后在下面声明函数原型：int mytest()\x0d\x0a2./usr/src/linux/include/linux/sys.h中添加:extern int sys_mytest()\x0d\x0a然后在sys_call_table中最后加上sys_mytest； \x0d\x0a3.在/usr/src/linux/kernel/sys.c中添加函数实现如下： \x0d\x0aint sys_mytest(){ \x0d\x0aprintk("This is a test!")\x0d\x0areturn 123\x0d\x0a} \x0d\x0a4.在/usr/src/linux/kernel/system_call.s中对系统调用号加1（原来是86改成了87） \x0d\x0a5.然后到/usr/src/linux目录下编译内核make cleanmake Image \x0d\x0a6. cp /usr/src/linux/include/unistd.h /usr/include/unistd.h \x0d\x0a7. reset bochs \x0d\x0a8. 在/usr/root中生成test.c文件如下： \x0d\x0a#define __LIBRARY__ \x0d\x0a#include \x0d\x0a_syscall0(int,mytest) \x0d\x0aint main(){ \x0d\x0aint a\x0d\x0aa = mytest()\x0d\x0aprintf("%d", a)\x0d\x0areturn 0\x0d\x0a} \x0d\x0a9.然后gcc test.c编译之后运行a.out，前面所有步骤都通过，但是每次调用都是返回-1，然后我查过errno为1（表示 *** 作不允许），就不知道为什么了？ \x0d\x0a系统知道的高手们能够告知一下，不胜感激！这个问题困扰我很久了！ \x0d\x0a\x0d\x0a二、新Linux内核添加系统调用\x0d\x0a\x0d\x0a如何在Linux系统中添加新的系统调用\x0d\x0a系统调用是应用程序和 *** 作系统内核之间的功能接口。其主要目的是使得用户可以使用 *** 作系统提供的有关设备管理、输入/输入系统、文件系统和进程控制、通信以及存储管理等方面的功能，而不必了解系统程序的内部结构和有关硬件细节，从而起到减轻用户负担和保护系统以及提高资源利用率的作用。\x0d\x0a\x0d\x0aLinux *** 作系统作为自由软件的代表，它优良的性能使得它的应用日益广泛，不仅得到专业人士的肯定，而且商业化的应用也是如火如荼。在Linux中，大部分的系统调用包含在Linux的libc库中，通过标准的C函数调用方法可以调用这些系统调用。那么，对Linux的发烧友来说，如何在Linux中增加新的系统调用呢？ \x0d\x0a1 Linux系统调用机制\x0d\x0a\x0d\x0a在Linux系统中，系统调用是作为一种异常类型实现的。它将执行相应的机器代码指令来产生异常信号。产生中断或异常的重要效果是系统自动将用户态切换为核心态来对它进行处理。这就是说，执行系统调用异常指令时，自动地将系统切换为核心态，并安排异常处理程序的执行。Linux用来实现系统调用异常的实际指令是：\x0d\x0a\x0d\x0aInt $0x80\x0d\x0a\x0d\x0a这一指令使用中断/异常向量号128（即16进制的80）将控制权转移给内核。为达到在使用系统调用时不必用机器指令编程，在标准的C语言库中为每一系统调用提供了一段短的子程序，完成机器代码的编程工作。事实上，机器代码段非常简短。它所要做的工作只是将送给系统调用的参数加载到CPU寄存器中，接着执行int $0x80指令。然后运行系统调用，系统调用的返回值将送入CPU的一个寄存器中，标准的库子程序取得这一返回值，并将它送回用户程序。\x0d\x0a\x0d\x0a为使系统调用的执行成为一项简单的任务，Linux提供了一组预处理宏指令。它们可以用在程序中。这些宏指令取一定的参数，然后扩展为调用指定的系统调用的函数。\x0d\x0a\x0d\x0a这些宏指令具有类似下面的名称格式：\x0d\x0a\x0d\x0a_syscallN（parameters）\x0d\x0a\x0d\x0a其中N是系统调用所需的参数数目，而parameters则用一组参数代替。这些参数使宏指令完成适合于特定的系统调用的扩展。例如，为了建立调用setuid（）系统调用的函数，应该使用：\x0d\x0a\x0d\x0a_syscall1（ int， setuid， uid_t， uid ）\x0d\x0a\x0d\x0asyscallN（ ）宏指令的第1个参数int说明产生的函数的返回值的类型是整型，第2个参数setuid说明产生的函数的名称。后面是系统调用所需要的每个参数。这一宏指令后面还有两个参数uid_t和uid分别用来指定参数的类型和名称。\x0d\x0a\x0d\x0a另外，用作系统调用的参数的数据类型有一个限制，它们的容量不能超过四个字节。这是因为执行int $0x80指令进行系统调用时，所有的参数值都存在32位的CPU寄存器中。使用CPU寄存器传递参数带来的另一个限制是可以传送给系统调用的参数的数目。这个限制是最多可以传递5个参数。所以Linux一共定义了6个不同的_syscallN（）宏指令，从_syscall0（）、_syscall1（）直到_syscall5（）。\x0d\x0a\x0d\x0a一旦_syscallN（）宏指令用特定系统调用的相应参数进行了扩展，得到的结果是一个与系统调用同名的函数，它可以在用户程序中执行这一系统调用。\x0d\x0a2 添加新的系统调用 \x0d\x0a如果用户在Linux中添加新的系统调用，应该遵循几个步骤才能添加成功，下面几个步骤详细说明了添加系统调用的相关内容。\x0d\x0a\x0d\x0a（1） 添加源代码\x0d\x0a\x0d\x0a第一个任务是编写加到内核中的源程序，即将要加到一个内核文件中去的一个函数，该函数的名称应该是新的系统调用名称前面加上sys_标志。假设新加的系统调用为mycall(int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加源代码，如下所示：\x0d\x0aasmlinkage int sys_mycall(int number) \x0d\x0a{ \x0d\x0areturn number\x0d\x0a}\x0d\x0a作为一个最简单的例子，我们新加的系统调用仅仅返回一个整型值。\x0d\x0a\x0d\x0a（2） 连接新的系统调用\x0d\x0a\x0d\x0a添加新的系统调用后，下一个任务是使Linux内核的其余部分知道该程序的存在。为了从已有的内核程序中增加到新的函数的连接，需要编辑两个文件。\x0d\x0a\x0d\x0a在我们所用的Linux内核版本（RedHat 6.0，内核为2.2.5-15）中，第一个要修改的文件是：\x0d\x0a\x0d\x0a/usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h\x0d\x0a\x0d\x0a该文件中包含了系统调用清单，用来给每个系统调用分配一个唯一的号码。文件中每一行的格式如下：\x0d\x0a\x0d\x0a#define __NR_name NNN\x0d\x0a\x0d\x0a其中，name用系统调用名称代替，而NNN则是该系统调用对应的号码。应该将新的系统调用名称加到清单的最后，并给它分配号码序列中下一个可用的系统调用号。我们的系统调用如下：\x0d\x0a\x0d\x0a#define __NR_mycall 191\x0d\x0a\x0d\x0a系统调用号为191，之所以系统调用号是191，是因为Linux-2.2内核自身的系统调用号码已经用到190。\x0d\x0a\x0d\x0a第二个要修改的文件是：\x0d\x0a\x0d\x0a/usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S\x0d\x0a\x0d\x0a该文件中有类似如下的清单：\x0d\x0a.long SYMBOL_NAME（）\x0d\x0a\x0d\x0a该清单用来对sys_call_table[]数组进行初始化。该数组包含指向内核中每个系统调用的指针。这样就在数组中增加了新的内核函数的指针。我们在清单最后添加一行：\x0d\x0a.long SYMBOL_NAME(sys_mycall)\x0d\x0a\x0d\x0a（3） 重建新的Linux内核\x0d\x0a\x0d\x0a为使新的系统调用生效，需要重建Linux的内核。这需要以超级用户身份登录。\x0d\x0a#pwd \x0d\x0a/usr/src/linux \x0d\x0a#\x0d\x0a\x0d\x0a超级用户在当前工作目录（/usr/src/linux）下，才可以重建内核。\x0d\x0a\x0d\x0a#make config \x0d\x0a#make dep \x0d\x0a#make clearn \x0d\x0a#make bzImage\x0d\x0a\x0d\x0a编译完毕后，系统生成一可用于安装的、压缩的内核映象文件：\x0d\x0a\x0d\x0a/usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage \x0d\x0a（4） 用新的内核启动系统 \x0d\x0a要使用新的系统调用，需要用重建的新内核重新引导系统。为此，需要修改/etc/lilo.conf文件，在我们的系统中，该文件内容如下：\x0d\x0a\x0d\x0aboot=/dev/hda \x0d\x0amap=/boot/map \x0d\x0ainstall=/boot/boot.b \x0d\x0aprompt \x0d\x0atimeout=50 \x0d\x0a\x0d\x0aimage=/boot/vmlinuz-2.2.5-15 \x0d\x0alabel=linux \x0d\x0aroot=/dev/hdb1 \x0d\x0a　 read-only \x0d\x0a\x0d\x0aother=/dev/hda1 \x0d\x0alabel=dos \x0d\x0atable=/dev/had\x0d\x0a\x0d\x0a首先编辑该文件，添加新的引导内核：\x0d\x0aimage=/boot/bzImage-new \x0d\x0alabel=linux-new \x0d\x0aroot=/dev/hdb1 \x0d\x0aread-only\x0d\x0a\x0d\x0a添加完毕，该文件内容如下所示：\x0d\x0aboot=/dev/hda \x0d\x0amap=/boot/map \x0d\x0ainstall=/boot/boot.b \x0d\x0aprompt \x0d\x0atimeout=50 \x0d\x0a\x0d\x0aimage=/boot/bzImage-new \x0d\x0alabel=linux-new \x0d\x0aroot=/dev/hdb1 \x0d\x0aread-only \x0d\x0a\x0d\x0aimage=/boot/vmlinuz-2.2.5-15 \x0d\x0alabel=linux \x0d\x0aroot=/dev/hdb1 \x0d\x0aread-only \x0d\x0a\x0d\x0aother=/dev/hda1 \x0d\x0alabel=dos \x0d\x0atable=/dev/hda\x0d\x0a\x0d\x0a这样，新的内核映象bzImage-new成为缺省的引导内核。为了使用新的lilo.conf配置文件，还应执行下面的命令：\x0d\x0a#cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/zImage /boot/bzImage-new\x0d\x0a\x0d\x0a其次配置lilo:\x0d\x0a\x0d\x0a# /sbin/lilo\x0d\x0a\x0d\x0a现在，当重新引导系统时，在boot:提示符后面有三种选择：linux-new 、linux、dos，新内核成为缺省的引导内核。\x0d\x0a至此，新的Linux内核已经建立，新添加的系统调用已成为 *** 作系统的一部分，重新启动Linux，用户就可以在应用程序中使用该系统调用了。\x0d\x0a\x0d\x0a（5）使用新的系统调用\x0d\x0a\x0d\x0a在应用程序中使用新添加的系统调用mycall。同样为实验目的，我们写了一个简单的例子xtdy.c。\x0d\x0a\x0d\x0a/* xtdy.c */ \x0d\x0a#include \x0d\x0a_syscall1(int,mycall,int,ret) \x0d\x0amain() \x0d\x0a{ \x0d\x0aprintf("%d \n",mycall(100))\x0d\x0a}\x0d\x0a编译该程序：\x0d\x0a# cc -o xtdy xtdy.c\x0d\x0a执行：\x0d\x0a# xtdy\x0d\x0a结果：\x0d\x0a# 100\x0d\x0a注意，由于使用了系统调用，编译和执行程序时，用户都应该是超级用户身份。

Linux进程调度

1．调度方式

Linux系统的调度方式基本上采用“ 抢占式优先级 ”方式，当进程在用户模式下运行时，不管它是否自愿，核心在一定条件下（如该进程的时间片用完或等待I/O）可以暂时中止其运行，而调度其他进程运行。一旦进程切换到内核模式下运行时，就不受以上限制，而一直运行下去，仅在重新回到用户模式之前才会发生进程调度。

Linux系统中的调度基本上继承了UNIX系统的 以优先级为基础 的调度。也就是说，核心为系统中每个进程计算出一个优先级，该优先级反映了一个进程获得CPU使用权的资格，即高优先级的进程优先得到运行。核心从进程就绪队列中挑选一个优先级最高的进程，为其分配一个CPU时间片，令其投入运行。在运行过程中，当前进程的优先级随时间递减，这样就实现了“负反馈”作用，即经过一段时间之后，原来级别较低的进程就相对“提升”了级别，从而有机会得到运行。当所有进程的优先级都变为0（最低）时，就重新计算一次所有进程的优先级。

2．调度策略

Linux系统针对不同类别的进程提供了3种不同的调度策略，即SCHED_FIFO、SCHED_RR及SCHED_OTHER。其中，SCHED_FIFO适合于 短实时进程 ，它们对时间性要求比较强，而每次运行所需的时间比较短。一旦这种进程被调度且开始运行，就一直运行到自愿让出CPU或被优先级更高的进程抢占其执行权为止。

SCHED_RR对应“时间片轮转法”，适合于每次运行需要 较长时间的实时进程 。一个运行进程分配一个时间片（200 ms），当时间片用完后，CPU被另外进程抢占，而该进程被送回相同优先级队列的末尾，核心动态调整用户态进程的优先级。这样，一个进程从创建到完成任务后终止，需要经历多次反馈循环。当进程再次被调度运行时，它就从上次断点处开始继续执行。

SCHED_OTHER是传统的UNIX调度策略，适合于交互式的 分时进程 。这类进程的优先级取决于两个因素：一个是进程剩余时间配额，如果进程用完了配给的时间，则相应优先级降到0；另一个是进程的优先数nice，这是从UNIX系统沿袭下来的方法，优先数越小，其优先级越高。nice的取值范围是-20 19。用户可以利用nice命令设定进程的nice值。但一般用户只能设定正值，从而主动降低其优先级；只有特权用户才能把nice的值设置为负数。进程的优先级就是以上二者之和。

后台命令对应后台进程（又称后台作业）。后台进程的优先级低于任何交互（前台）进程的优先级。所以，只有当系统中当前不存在可运行的交互进程时，才调度后台进程运行。后台进程往往按批处理方式调度运行。

3．调度时机

核心进行进程调度的时机有以下5种情况：

（1）当前进程调用系统调用nanosleep( )或者pause( )，使自己进入睡眠状态，主动让出一段时间的CPU的使用权。

（2）进程终止，永久地放弃对CPU的使用。

（3）在时钟中断处理程序执行过程中，发现当前进程连续运行的时间过长。

（4）当唤醒一个睡眠进程时，发现被唤醒的进程比当前进程更有资格运行。

（5）一个进程通过执行系统调用来改变调度策略或者降低自身的优先级（如nice命令），从而引起立即调度。

4．调度算法

进程调度的算法应该比较简单，以便减少频繁调度时的系统开销。Linux执行进程调度时，首先查找所有在就绪队列中的进程，从中选出优先级最高且在内存的一个进程。如果队列中有实时进程，那么实时进程将优先运行。如果最需要运行的进程不是当前进程，那么当前进程就被挂起，并且保存它的现场—— 所涉及的一切机器状态，包括程序计数器和CPU寄存器等，然后为选中的进程恢复运行现场。

（二）Linux常用调度命令

· nohup命令

nohup命令的功能是以忽略挂起和退出的方式执行指定的命令。其命令格式是：

nohup　command　［arguments］

其中，command是所要执行的命令，arguments是指定命令的参数。

nohup命令告诉系统，command所代表的命令在执行过程中不受任何结束运行的信号（hangup和quit）的影响。例如，

$ nohup find / -name exam.txt -print>f1 &

find命令在后台运行。在用户注销后，它会继续运行：从根目录开始，查找名字是exam.txt的文件，结果被定向到文件f1中。

如果用户没有对输出进行重定向，则输出被附加到当前目录的nohup.out文件中。如果用户在当前目录中不具备写权限，则输出被定向到$HOME/nohup.out 中。

· at命令

at命令允许指定命令执行的时间。at命令的常用形式是：

at　time　command

其中，time是指定命令command在将来执行时的时间和日期。时间的指定方法有多种，用户可以使用绝对时间，也可以用相对时间。该指定命令将以作业形式在后台运行。例如：

$ at 15:00 Oct 20

回车后进入接收方式，接着键入以下命令：

mail -s "Happy Birthday!" liuzheny

按下D键，屏幕显示：

job 862960800.a at Wed Oct 20 15:00:00 CST 1999

$

表明建立了一个作业，其作业ID号是862960800.a，运行作业的时间是1999年10月20日下午3:00，给liuzheny发一条标题为“Happy Birthday！”（生日快乐）的空白邮件。

利用 at　-l 可以列出当前at队列中所有的作业。

利用 at　-r 可以删除指定的作业。这些作业以前由at或batch命令调度。例如，

at　-r　862960797.a

将删除作业ID号是862960797.a的作业。其一般使用形式是：

at　-r　job_id

注意，结尾是.a的作业ID号，表示这个作业是由at命令提交的；结尾是.b的作业ID号，表示这个作业是由batch命令提交的。

· batch命令

batch命令不带任何参数，它提交的作业的优先级比at命令提交的作业的优先级低。batch无法指定作业运行的时间。实际运行时间要看系统中已经提交的作业数量。如果系统中优先级较高的作业比较多，那么，batch提交的作业则需要等待；如果系统空闲，则运行batch提交的作业。例如，

$ batch

回车后进入接收方式，接着键入命令：

find / -name exam.txt -print

按下D。退出接收方式，屏幕显示：

job 862961540.b at Thu Nov 18 14:30:00 CST 1999

表示find命令被batch作为一个作业提交给系统，作业ID号是862961540.b。如果系统当前空闲，这个作业被立即执行，其结果同样作为邮件发送给用户。

· jobs命令

jobs命令用来显示当前shell下正在运行哪些作业（即后台作业）。例如：

$ jobs

[2] + Running tar tv3 *&

[1] - Running find / -name README -print >logfile &

$

其中，第一列方括号中的数字表示作业序号，它是由当前运行的shell分配的，而不是由 *** 作系统统一分配的。在当前shell环境下，第一个后台作业的作业号为1，第二个作业的作业号为2，等等。

第二列中的“ ”号表示相应作业的优先级比“－”号对应作业的优先级高。

第三列表明作业状态，是否为运行、中断、等待输入或停止等。

最后列出的是创建当前这个作业所对应的命令行。

利用 jobs　-l 形式，可以在作业号后显示出相应进程的PID。如果想只显示相应进程的PID，不显示其它信息，则使用 jobs　-p 形式。

· fg命令

fg命令把指定的后台作业移到前台。其使用格式是：

fg [job…]

其中，参数job是一个或多个进程的PID，或者是命令名称或者作业号（前面要带有一个“%”号）。例如：

$ jobs

[2] + Running tar tv3 *&

[1] - Running find / -name README -print >logfile&

$ fg %find

find / -name README -print >logfile

注意，显示的命令行末尾没有“&”符号。下面命令能产生同样的效果：

$ fg %1

这样，find命令对应的进程就在前台执行。当后台只有一个作业时，键入不带参数的fg命令，就能使相应进程移到前台。当有两个或更多的后台作业时，键入不带参数的fg，就把最后进入后台的进程首先移到前台。

· bg命令

bg命令可以把前台进程换到后台执行。其使用格式是：

bg [job…]

其中，job是一个或多个进程的PID、命令名称或者作业号，在参数前要带“%”号。例如，在cc（C编译命令）命令执行过程中，按下Z键，使这个作业挂起。然后键入以下命令：

$ bg %cc

该挂起的作业在后台重新开始执行。

shutdown()系统调用的功能是关闭一个套接字的指定方向上的通信。

函数原型为：

对应的会调用内核中的函数：

以ipv6为例

传输层注册的shutdown函数为tcp_shutdown：

---