Exam02_实验2 添加系统调用

添加系统调用
实验目的
学习Linux内核的系统调用，理解、掌握Linux系统调用的实现框架、用户界面、参数传递、进入/返回过程。

实验内容
本实验分两步走。

第一步，在系统中添加一个不用传递参数的系统调用；执行这个系统调用，使用户的uid等于0。

显然，这不是一个有实际意义的系统调用。

我们的目的并不是实用不实用，而是通过最简单的例子，帮助熟悉对系统调用的添加过程，为下面我们添加更加复杂的系统调用打好基础。

第二步，用kernel module机制，实现系统调用gettimeofday的简化版，返回调用时刻的日期和时间。

实验指导
2.1一个简单的例子
在我们开始学习系统调用这一章之前，让我们先来看一个简单的例子。

就好像哪个经典的编程书上都会使用到的例子一样：
1: int main(){
2: printf(“Hello World!\n”);
3: }
我们也准备了一个例子给你：
1: #include <linux/unistd.h> /* all system calls need this header */
2: int main(){
3: int i = getuid();
4: printf(“Hello World! This is my uid: %d\n”, i);
5: }
这就是一个最简单的系统调用的例子。

与上面那个传统的例子相比，在这个例子中多了
2行，他们的作用分别是：
第一行：包括unistd.h这个头文件。

所有用到系统调用的程序都需要包括它，因为系统调用中需要的参数（例如，本例中的“__NR_getuid”，以及_syscall0()函数）包括在unistd.h中；根据C语言的规定，include <linux/unistd.h>意味着/usr/include/linux目录下整个unistd.h都属于Hello World源程序了。

第三行：进行getuid()系统调用，并将返回值赋给变量i。

好了，这就是最简单的一个使用了系统调用的程序，现在你可以在你的机器上试一试它。

然后我们一起进入到系统调用的神秘世界中去。

2.2 简单系统调用的添加
在这一节中，我们将要实现一个简单的系统调用的添加。

我们先给出题目：
题目：在现有的系统中添加一个不用传递参数的系统调用。

功能要求：调用这个系统调用，使用户的uid等于0。

目的：显然，这不是一个有实际意义的系统调用，我们的目的并不是有用，而是一种证明，一个对系统调用的添加过程的熟悉，为下面我们添加更加复杂
的系统调用打好基础。

怎么样？觉得困难还是觉得太简单？我们首先承认，每个人接触Linux的时间长短不一样，因此基础也会有一点差别。

那么对于觉得太简单的人呢，请你迅速地合上书本，然后跑到电脑前面，开始实现这个题目。

来吧，不要眼高手低，做完之后，你就可以跳过这一节，直接进入下一节的学习了。

对于觉得有点困难的人呢，不用着急，这一节就是专门为你准备的。

我们会列出详细的实现步骤，你一定也没有问题的。

如果你前面对整个系统调用的过程有一个清晰的理解的话，我们就顺着系统调用的流程思路，给出一个添加新的系统调用的步骤：
2.2.1决定你的系统调用的名字
这个名字就是你编写用户程序想使用的名字，比如我们取一个简单的名字：mysyscall。

一旦这个名字确定下来了，那么在系统调用中的几个相关名字也就确定下来了。

●系统调用的编号名字：__NR_mysyscall；
●内核中系统调用的实现程序的名字：sys_mysyscall；
现在在你的用户程序中出现了：
#include <linux/unistd.h>
int main()
{
mysyscall();
}
流程转到标准C库。

2.2.2利用标准C库进行包装吗
编译器怎么知道这个mysyscall是怎么来的呢？在前面我们分析的时候，我们知道那时标准C库给系统调用作了一层包装，给所有的系统调用做出了定义。

但是显然，我们可能
不愿意去改变标准C库，也没有必要去改变。

那么我们在自己的程序中来做：
#include <linux/unistd.h>
_syscall0(int,mysyscall) /* 注意这里没有分号*/
int main()
{
mysyscall();
}
好，由于有了_syscall0这个宏，mysyscall将得到定义。

但是现在系统会去找系统调用号，以放入eax。

所以，接下来我们定义系统调用号。

2.2.3添加系统调用号
系统调用号在文件unistd.h里面定义。

这个文件可能在你的系统上会有两个版本：一个是C库文件版本，出现的地方是在/usr/include/unistd.h和/usr/include/asm/unistd.h；另外还有一个版本是内核自己的unistd.h，出现的地方是在你解压出来的2.6.15内核代码的对应位置（比如/usr/src/linux/include/linux/unistd.h和/usr/include/asm-i386/unistd.h）。

当然，也有可能这个C库文件只是一个到对应内核文件的连接。

现在，你要做的就是在文件unistd.h中添加我们的系统调用号：__NR_mysyscall，如下所示：
include/asm-i386/unistd.h
/usr/include/asm/unistd.h
231 #define __NR_mysyscall223 /* mysyscall adds here */
/* 注意：不同版本的内核系统调用号不一样，您可以根据内核版本不同对系统调用号进行修改*/
添加系统调用号之后，系统才能根据这个号，作为索引，去找syscall_table中的相应表项。

所以说，我们接下来的一步就是：
2.2.4在系统调用表中添加相应表项
我们前面讲过，系统调用处理程序（system_call）会根据eax中的索引到系统调用表（sys_call_table）中去寻找相应的表项。

所以，我们必须在那里添加我们自己的一个值。

arch/i386/kernel/syscall_table.S
……
233 .long sys_mysyscall
234 .long sys_gettid
235 .long sys_readahead /* 225 */
……
到现在为止，系统已经能够正确地找到并且调用sys_mysyscall。

剩下的就只有一件事情，那就是sys_mysyscall的实现。

2.2.5 sys_mysyscall的实现
我们把这一小段程序添加在kernel/sys.c里面。

在这里，我们没有在kernel目录下另外
添加自己的一个文件，这样做的目的是为了简单，而且不用修改Makefile，省去不必要的麻烦。

asmlinkage int sys_mysyscall(void)
{
current->uid = current->euid = current->suid = current->fsuid = 0;
return 0;
}
这个系统调用中，把标志进程身份的几个变量uid、euid、suid和fsuid都设为0。

到这里为止，我们所要做的添加一个新的系统调用的所有工作就完成了，是不是非常简单？的确如此。

因为Linux内核结构的层次性还是非常清楚的，这就使得每一个开发者可以把精力放在怎么样实现具体的功能上，而不用在一些接口函数上伤脑筋。

现在所有的代码添加已经结束，那么要使得这个系统调用真正在内核中运行起来，我们就需要对内核进行重新编译。

内核编译完成后，重新启动编译后的新内核。

2.2.6 编写用户态程序
要测试我们新添加的系统调用，我们可以编写一个用户程序调用我们自己的系统调用。

我们对自己的系统调用的功能已经很清楚了：使得自己的uid变成0。

那么我们看看是不是如此：
用户态程序
#include <linux/unistd.h>
_syscall0(int,mysyscall) /* 注意这里没有分号*/
int main()
{
mysyscall(); /* 这个系统调用的作用是使得自己的uid为0 */
printf(“em…, this is my uid: %d. \n”, getuid());
}
用gcc编译源程序
# gcc –o test test.c
运行程序
# ./test
输出结果
em…, this is my uid:0。