linux内核增加系统调用--Beginner‘s guide

Linux内核中设置了一组用于实现系统功能的子程序，称为系统调用。系统调用和普通库函数调用非常相似明知是系统调用由操作系统核心提供，运行于核心态，而普通的函数调用由函数库或用户自己提供，运行于用户态。 一般的，进程是不能访问内核的，它不能访问内核所占用内存空间也不能调用内核函数。这被称为保护模式。为了和用户空间上运行的进程进行交互，内核提供一组接口。通过该接口应用程序可以访问硬件设备和其他操作系统资源。

实际上提供这组接口主要是为了保证系统稳定可靠，避免应用程序肆意妄为。 系统调用在用户空间和硬件设备之间添加一个中间层，也使得用户的应用程序可以不去管磁盘类型和介质，甚至不用去管文件所在的文件系统是什么类型。这方便了应用程序的可移植性。 在linux中系统调用是用户空间访问内核的唯一手段，除了异常和中断外。

一般情况下，应用程序通过应用程序接口API而不是直接通过系统调用来编程。因为应用程序使用的这种编程接口实际上并不需要和内核提供的系统调用一一对应。一个API接口可以实现成一个系统调用，也可以通过调用多个系统调用实现，也可以不使用任何系统调用。程序员可以不考虑系统调用而直接和API打交道。

系统调用：内核为用户进程提供的服务 提供用户模式的进程和硬件设备的接口; 保护对内核所管理的资源的访问，提高系统安全; 提高程序的可移植性； Linux系统调用在内核中全部以“sys_”开头，如sys_fork, sys_exit.

本文以内核版本为3.13.10为例演示hello world等级的调用，先看需要编译内核的系统调用

1.在kernel/sys.c中添加头文件#include<linux/linkage.h> 文件末尾添加自定义的系统调用函数：sys_mycall

2.在arch/x86/syscalls/syscall_64.tbl (32位系统则改为32)添加自定义系统调用号（在本人的机子上按顺序接下来是314）

3.在arch/x86/include/asm/syscalls.h中添加自己的系统调用函数声明

asmlinkage long sys_mycall(int num);

4.内核编译

记得加上-j4等来加快速度（即使是在第二次编译没有清理原目标文件的情况下也很耗时间（磁盘IO很耗时，固态硬盘应该很快吧）

5.编写用户态测试程序

int main(){     printf("The return value is:%d.\n",syscall(314,1234567));     return 0;}

编译为test_hello

6.测试

你可以更新内核，修改系统的启动项等。还可以使用虚拟机来测试，下面使用QEMU来测试（简便而且强大，可指定内核和文件系统来启动）

ubuntu下可从源下载QEMU，可顺便下一个linux-0.2 （wget wiki.qemu.org/download/linux-0.2.img）

然后将test_hello放到测试系统中，也许你想直接在测试系统中直接编译出test_hello，如果你没有现成的装有编译器的可测试系统，可用busybox来编译一个根文件系统

下面列出粗略步骤（但未包含编译工具及链接库）：

make menuconfig时在Build Options选Build BusyBox as a static binary (no shared libs)确保不会对共享库产生依赖。

执行make CONFIG_PREFIX=your/dir install 将安装到制定目录，如rootfs/

dd if=/dev/zero of=rootfs.img bs=10240k count=1

mkfs -t ext3 rootfs.img

sudo mount -t ext3 -o loop rootfs.img rootfs

拷贝busybox到rootfs.img,将你的测试程序编译为静态的（gcc -static）拷贝至rootfs.img

$ cd rootfs
$ sudo mkdir dev
创建常用device(mknod 用于制作字符或块相关文件):
$sudo  cd dev
$ sudo mknod tty0 c 4 0
$ sudo mknod tty1 c 4 1
$ sudo mknod tty2 c 4 2
$ sudo mknod tty3 c 4 3
$ sudo mknod console c 5 1
$ sudo mknod null c 1 1
创建init启动脚本
/etc/inittab文件
$ sudo mkdir etc
$ cd etc/
$ sudo vim inittab
#This is the first script to run when startup
::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a –r
$ sudo mkdir rc.d
$ cd rc.d/
$ sudo vim rc.sysinit
加入以下内容:
#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
/bin/sh
$ sudo chmod a+x rc.sysinit
$ cd ../../../
根文件系统制作完成,umount rootfs
$ sudo umount rootfs.img

准备就绪,现在可以开始带根文件系统跑内核
qemu-system-x86_64 -hda rootfs.img -kernel /boot/vmlinuz-3.13.10 --append root=/dev/sda m=256 (看你的情况使用不同的命令）
可以看到linux在quem上跑起来了（刚启动可能需要回车才显示命令提示符，文件系统若是只读的可用mount -o rw,remount /重挂载，若启动时提示init等文件不可执行是你没有赋予它可执行权限。执行测试程序，下图中的call_static(执行时需要写全路径)。