linux内核系统调用实验指导书.ppt

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,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$0x80汇编指令，会产生向量为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 0x80 ,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,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“_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 make 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 mkinitramfs o /boot/initrd.img- /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 5.5 内核版本：2.6.18-194.el5 欲编译内核：3 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,rootlocalhost # cd /usr/src/kernels/linux-3 /切换到预编译内核目录 rootlocalhost linux-3# 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(struct 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-3# 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-3# vi arch/x86/include/asm/unistd_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-3# make mrproper /删除原来编译产生的垃圾 rootlocalhost linux-3# cp /boot/config-2.6.18-194.el5 .config /导入原系统的内核配置 rootlocalhost linux-3# make menuconfig / Load an Alternate Configuration File - 导入.config文件 - Save an Alternate Configuration File - Exit /导入配置到欲编译内核中 rootlocalhost linux-3# 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-3# make all /编译内核 rootlocalhost linux-3# make modules /编译模块 rootlocalhost linux-3# make modules_install /添加模块到内核 rootlocalhost linux-3# make install /链接、组建内核,实验步骤,线程同步实验,rootlocalhost linux-3# cp /boot/initrd-3.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 rootlocalhost linux-3# mv /boot/initrd-3.img /boot/initrd-3.img.bak /修改刚编译生成的内核的文件名为initrd-3.img.bak，用作备份 rootlocalhost linux-3# cd /tmp /切换至/tmp文件夹 rootlocalhost tmp# mkdir newinitrd /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-3.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 module“ insmod /lib/dm-region-hash.ko,实验步骤,线程同步实验,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 rootlocalhost tmp# gzip -9 initrd-3.img /压缩打包文件，构建内核包 rootlocalhost tmp# cp initrd-3.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