linux内核系统调用实验指导书.ppt

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1、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,

2、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

3、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：int syscall(int number,);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,Linux系统调用,线程同步实验,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$0 x80汇编指令，会产

4、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()int 0 x80,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,

5、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(int num)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加代码：asmlinkage int sys_mycall(int number)return number;/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

6、的函数地址。对于X86 32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。.long sys_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“

7、_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_recvmmsg 337行下添加：#define _NR_mycall 338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

8、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make clean/清除原有不需要的模块和文件make mrproper/删除原来编译产生的垃圾（3）配置内核 make oldconfig/与当前配置相同make config/基于文本的、最为传统的配置界面make menuconfig/基于文本菜单形式，字符终端下使用m

9、ake xconfig/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make zImage/编译内核,make zImage编译压缩/形式的大内核make modules/编译选择的模块make modules_install/编译后的模块移到系统标准位置make install/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/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：CentOS

10、 5.5 内核版本：欲编译内核：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,/切换到预编译内核目录rootlocalhost linux-2.6.34.13#vi kernel/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：asmlinkage long sys_pedagogictime(stru

11、ct timeval*tv)if(likely(tv)struct timeval ktv;do_gettimeofday(,实验步骤,线程同步实验,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost linux-2.6.34.13#vi arch/x86/kernel/syscall_table_32.S/编辑系统调用表syscall_table_32.S，添加pedagogictime.long sys_pedagogictime/*338*/,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost linux-2.6.34.13#vi arch/x86/include/asm/unistd_

12、32.h/编辑unistd_32.h，添加pedagogictime的系统调用号#define _NR_pedagogictime 338,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost linux-2.6.34.13#make mrproper/删除原来编译产生的垃圾rootlocalhost linux-2.6.34.13#cp/boot/config-2.6.18-194.el5.config/导入原系统的内核配置rootlocalhost linux-2.6.34.13#make menuconfig/Load an Alternate Configuration File-导入.

13、config文件-Save an Alternate Configuration File-Exit/导入配置到欲编译内核中rootlocalhost linux-2.6.34.13#vi.config/修改配置,修改如下：#CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 is not set 修改为：CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2=y,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost linux-2.6.34.13#make all/编译内核rootlocalhost linux-2.6.34.13#make modules/编译模块rootlocalhost

14、linux-2.6.34.13#make modules_install/添加模块到内核rootlocalhost linux-2.6.34.13#make install/链接、组建内核,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost linux-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/修改刚编译生成的内核的文件名为，用作备份rootlocalhost linux-2.6.34.13#cd/tmp/切换至/tmp文件夹rootlocalhost tmp#mkdir ne

15、winitrd/新建newinitrd文件夹，用作把刚编译的内核解压到该文件夹下rootlocalhost tmp#cd newinitrd/切换至newinitrd文件夹,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost newinitrd#zcat./initrd-2.6.34.13.img|cpio-i/解压内核rootlocalhost newinitrd#vi init/修改启动初始化配置文件/配置文件中有重复的配置，去掉其中一个即可echo Loading dm-region-hash.ko moduleinsmod/lib/dm-region-hash.ko,实验步骤,线程同步

16、实验,rootlocalhost newinitrd#find.|cpio-c-o./initrd/打包修改配置后的所有内核文件rootlocalhost newinitrd#cd./切换到/tmp文件夹/压缩打包文件，构建内核包rootlocalhost tmp#cp initrd-2.6.34.13.img/boot/把新建的内核包复制到文件夹/boot，到此内核编译、打包、修改、构建完成rootlocalhost tmp#reboot/重启系统，验证新编译的内核,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost#mkdir source/系统重启后，创建source文件夹，用于存放编写

17、的用户空间程序rootlocalhost#cd source/切换到source目录rootlocalhost source#vi test.c/新建用于测试pedagogictime系统调用的用户空间程序文件test.c,实验步骤,线程同步实验,/用户空间测试程序如下#include#include#include#include int main()struct timeval tv;if(!syscall(338,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost source#cc test.c o test/编译test.c文件，生成test可执行文件rootlocalhost source#./test/运行test文件，检验用户空间程序调用pedagogictime系统调用的结果/可以看出前后相差10秒（输出结果以秒为单位）,