如何在Linux中添加新的系統(tǒng)調(diào)用
系統(tǒng)調(diào)用是應用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的功能接口。其主要目的是使得用戶可以使用操作系統(tǒng)提供的有關設備管理、輸入/輸入系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和進程控制、通信以及存儲管理等方面的功能，而不必了解系統(tǒng)程序的內(nèi)部結構和有關硬件細節(jié)，從而起到減輕用戶負擔和保護系統(tǒng)以及提高資源利用率的作用。
Linux操作系統(tǒng)作為自由軟件的代表，它優(yōu)良的性能使得它的應用日益廣泛，不僅得到專業(yè)人士的肯定，而且商業(yè)化的應用也是如火如荼。在Linux中，大部分的系統(tǒng)調(diào)用包含在Linux的libc庫中，通過標準的C函數(shù)調(diào)用方法可以調(diào)用這些系統(tǒng)調(diào)用。那么，對Linux的發(fā)燒友來說，如何在Linux中增加新的系統(tǒng)調(diào)用呢？
1 Linux系統(tǒng)調(diào)用機制
在Linux系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)用是作為一種異常類型實現(xiàn)的。它將執(zhí)行相應的機器代碼指令來產(chǎn)生異常信號。產(chǎn)生中斷或異常的重要效果是系統(tǒng)自動將用戶態(tài)切換為核心態(tài)來對它進行處理。這就是說，執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用異常指令時，自動地將系統(tǒng)切換為核心態(tài)，并安排異常處理程序的執(zhí)行。
Linux用來實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)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進制的80）將控制權轉移給內(nèi)核。為達到在使用系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)調(diào)用提供了一段短的子程序，完成機器代碼的編程工作。事實上，機器代碼段非常簡短。它所要做的工作只是將送給系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)加載到CPU寄存器中，接著執(zhí)行int ?$0x80指令。然后運行系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用的返回值將送入CPU的一個寄存器中，標準的庫子程序取得這一返回值，并將它送回用戶程序。
為使系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行成為一項簡單的任務，Linux提供了一組預處理宏指令。
它們可以用在程序中。這些宏指令取一定的參數(shù)，然后擴展為調(diào)用指定的系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)。
這些宏指令具有類似下面的名稱格式：
_syscallN（parameters）
其中N是系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)數(shù)目，而parameters則用一組參數(shù)代替。這些參數(shù)使宏指令完成適合于特定的系統(tǒng)調(diào)用的擴展。例如，為了建立調(diào)用setuid（）系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)，應該使用：
_syscall1（ int， setuid， uid_t， uid ）
syscallN（ ）宏指令的第1個參數(shù)int說明產(chǎn)生的函數(shù)的返回值的類型是整型，第2個參數(shù)setuid說明產(chǎn)生的函數(shù)的名稱。后面是系統(tǒng)調(diào)用所需要的每個參數(shù)。這一宏指令后面還有兩個參數(shù)uid_t和uid分別用來指定參數(shù)的類型和名稱。
另外，用作系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)的數(shù)據(jù)類型有一個限制，它們的容量不能超過四個字節(jié)。這是因為執(zhí)行int ?$0x80指令進行系統(tǒng)調(diào)用時，所有的參數(shù)值都存在32位的CPU寄存器中。使用CPU寄存器傳遞參數(shù)帶來的另一個限制是可以傳送給系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)的數(shù)目。這個限制是最多可以傳遞5個參數(shù)。所以Linux一共定義了6個不同的_syscallN（）宏指令，從_syscall0（）、_syscall1（）直到_syscall5（）。
一旦_syscallN（）宏指令用特定系統(tǒng)調(diào)用的相應參數(shù)進行了擴展，得到的結果是一個與系統(tǒng)調(diào)用同名的函數(shù)，它可以在用戶程序中執(zhí)行這一系統(tǒng)調(diào)用。
2 添加新的系統(tǒng)調(diào)用
如果用戶在Linux中添加新的系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)調(diào)用的相關內(nèi)容。
（1） 添加源代碼
第一個任務是編寫加到內(nèi)核中的源程序，即將要加到一個內(nèi)核文件中去的一個函數(shù)，該函數(shù)的名稱應該是新的系統(tǒng)調(diào)用名稱前面加上sys_標志。假設新加的系統(tǒng)調(diào)用為mycall(int number)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加源代碼，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(tǒng)調(diào)用僅僅返回一個整型值。
（2） 連接新的系統(tǒng)調(diào)用
添加新的系統(tǒng)調(diào)用后，下一個任務是使Linux內(nèi)核的其余部分知道該程序的存在。為了從已有的內(nèi)核程序中增加到新的函數(shù)的連接，需要編輯兩個文件。
在我們所用的Linux內(nèi)核版本（RedHat 6.0，內(nèi)核為2.2.5-15）中，第一個要修改的文件是：
/usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h
該文件中包含了系統(tǒng)調(diào)用清單，用來給每個系統(tǒng)調(diào)用分配一個唯一的號碼。文件中每一行的格式如下：
#define __NR_name NNN
其中，name用系統(tǒng)調(diào)用名稱代替，而NNN則是該系統(tǒng)調(diào)用對應的號碼。應該將新的系統(tǒng)調(diào)用名稱加到清單的最后，并給它分配號碼序列中下一個可用的系統(tǒng)調(diào)用號。我們的系統(tǒng)調(diào)用如下：
#p##define __NR_mycall 191
系統(tǒng)調(diào)用號為191，之所以系統(tǒng)調(diào)用號是191，是因為Linux-2.2內(nèi)核自身的系統(tǒng)調(diào)用號碼已經(jīng)用到190。
第二個要修改的文件是：
/usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S
該文件中有類似如下的清單：
.long SYMBOL_NAME（）
該清單用來對sys_call_table[]數(shù)組進行初始化。該數(shù)組包含指向內(nèi)核中每個系統(tǒng)調(diào)用的指針。這樣就在數(shù)組中增加了新的內(nèi)核函數(shù)的指針。我們在清單最后添加一行：
.long SYMBOL_NAME(sys_mycall)
（3） 重建新的Linux內(nèi)核
為使新的系統(tǒng)調(diào)用生效，需要重建Linux的內(nèi)核。這需要以超級用戶身份登錄。
#pwd
/usr/src/linux
#
超級用戶在當前工作目錄（/usr/src/linux）下，才可以重建內(nèi)核。
#make config
#make dep
#make clearn
#make bzImage
編譯完畢后，系統(tǒng)生成一可用于安裝的、壓縮的內(nèi)核映象文件：
/usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage
（4） 用新的內(nèi)核啟動系統(tǒng)
要使用新的系統(tǒng)調(diào)用，需要用重建的新內(nèi)核重新引導系統(tǒng)。為此，需要修改/etc/lilo.conf文件，在我們的系統(tǒng)中，該文件內(nèi)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
首先編輯該文件，添加新的引導內(nèi)核：
image=/boot/bzImage-new
label=linux-new
root=/dev/hdb1
read-only
添加完畢，該文件內(nèi)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，新的內(nèi)核映象bzImage-new成為缺省的引導內(nèi)核。
為了使用新的lilo.conf配置文件，還應執(zhí)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(xiàn)在，當重新引導系統(tǒng)時，在boot:提示符后面有三種選擇：linux-new 、linux、dos，新內(nèi)核成為缺省的引導內(nèi)核。
至此，新的Linux內(nèi)核已經(jīng)建立，新添加的系統(tǒng)調(diào)用已成為操作系統(tǒng)的一部分，重新啟動Linux，用戶就可以在應用程序中使用該系統(tǒng)調(diào)用了。
（5）使用新的系統(tǒng)調(diào)用
在應用程序中使用新添加的系統(tǒng)調(diào)用mycall。同樣為實驗目的，我們寫了一個簡單的例子xtdy.c。
#include
_syscall1(int,mycall,int,ret)
main()
{
printf("%d n",mycall(100));
}
編譯該程序：
# cc -o xtdy xtdy.c
執(zhí)行：
# xtdy
結果：
# 100
注意，由于使用了系統(tǒng)調(diào)用，編譯和執(zhí)行程序時，用戶都應該是超級用戶身份。
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