新增 Linux 系统调用

发表于 2018-11-08 更新于 2018-11-08

问题描述

新增一个 Linux 系统调用，实现功能：计算一个数字三次方，并打印出来。
具体实现时有三个内容：

需要重新编译 Linux 内核；
增加一个 Linux 的系统调用；
另外写一个程序进行调用。

环境

Windows 10 上 VMware Workstation 14 Pro，Ubuntu(64-bit) 18.04
原内核版本：4.15.0
编译内核版本：4.9.109
（注：若内核版本差距较大，在本文中涉及到的文件可能与实际不同）

详细步骤

前期准备

在 VMware Workstation 上安装 Ubuntu 操作系统。具体步骤可以看这里。
要注意的是，在安装虚拟机前，给系统预留的磁盘空间应该为 40 GB 或更大，否则在解压缩内核文件或编译过程中都会报错。假如你的计算机是多核的，那可以相应地给虚拟机设置多个处理器，这会大大节约后面的内核编译时间。

装好系统后，开机，利用快捷键 Ctrl+Alt+T 打开终端。输入命令 uname -a ，查看该虚拟机系统的初始内核版本，这里是 4.15.0。
查看初始内核版本

在 www.kernel.org 上下载另外一个不同版本的内核，这里的版本号为 4.9.109。最好选择与初始版本接近的内核来编译。
用 su 命令进入 root，依次输入以下命令：

mv linux-4.9.109.tar.xz '/usr/src'
mv '/usr/src'
xz -d '/usr/src/linux-4.9.109.tar.xz'
tar -xv -f '/usr/src/linux-4.9.109.tar'

来移动并且解压缩我们下载的内核文件。
于是我们得到了 Linux 的内核文件，接下来的操作都在此文件夹（*/usr/src/linux-4.9.109*）中进行。

添加系统调用

接下来是修改内核文件。用 gedit 文本编辑器修改 kernel/sys.c 文件，先是加入 linkage.h 头文件：

然后加入系统调用函数，注意要绕过条件编译，也就是 # 间的内容：

修改好了，保存关闭文件。

用 gedit 文本编辑器修改 arch/x86/include/asm/syscalls.h 文件，添加系统调用函数的声明，保存并关闭。如下图：

用 gedit 文本编辑器打开 arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl 文件，由于安装了64位系统，所以修改此文件。发现文件中的系统调用编号到 331为止，于是添上 332 号，注意不可以抢占其他已经存在的调用号，按照文件开头注释中标注的 “ ” 格式加入新增内容，如下图所示：

配置和编译内核

首先配置编译环境，在 root 状态下输入以下四条命令，安装编译所必要的软件包。

apt-get install libncurses5-dev libssl-dev
apt-get install build-essential openssl
apt-get install zlibc minizip
apt-get install libidn11-dev libidn11

如果在安装过程中出现错误，可以输入 apt-get update 命令更新，再继续安装。

如果是第一次编译，那就使用 make menuconfig 进入配置菜单（如下图），否则输入 make mrproper 清除之前的编译配置。

直接选择默认配置选项，使用键盘上的方向键选择 Exit 退出保存即可。
保存退出

接下来开始编译内核，命令为 make ，如果在第一步时给虚拟机设置了多个内核，则可以在后面加上 -j* （* 表示内核个数），可以加快编译速度。如果不知道系统的内核数量，使用命令 lscpu 查看，可以看见我这里的系统是双核。
查看内核数量

在编译过程中，要随时注意报错提示，及时解决。不过假如之前的步骤没有做错，大概率是没有错误的。如果有，请善用搜索引擎。
编译时间视机器性能而定。漫长的编译结束后，使用 make modules_install 和 make install 两个命令安装内核模块和内核。

测试结果

重启系统，在开机时的虚拟机模式下，不停地按 Shift 进入 BIOS 界面：
BIOS

选择第二个高级选项，这里可以看见我们的新内核了！选择进入新编译好的内核版本 4.9.109：
选择新内核

在终端里再次查看内核，已经是更新后的版本了：
内核已经更新

编写一个测试程序，其中的 332 就是系统调用号，后面的 3 是传入的参数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
    long t=syscall(332,3);
    printf("%ld\n",t);
    return 0;
}

使用 gcc-o my test.c 命令编译程序，使用 ./my 命令运行，结果如下：

计算结果正确！你还可以继续修改传入的参数反复验证结果。

到这里，我们就成功地添加了一个 Linux 的系统调用。