实验一：Linux内核编译及添加系统调用

实验一：Linux内核编译及添加系统调用

一、实验目的

• 理解Linux系统处理系统调用的流程
• 增加一个系统调用

二、实验内容

• nice，可以理解为谦让度，CPU在选择进程时根据优先级prio选择，当nice值越高，可理解为这个进程越是谦让，即优先级越低

• 添加一个系统调用，实现对指定进程的nice值的修改或读取功能，并返回系最新的nice值，即优先级prio。

  建议调用原型为：

  ​ Int mysetnice(pid_t pid, int flag, int nicevalue,void_userprio,void_usernice)

  ​ 参数含义：

  ​ pid：进程ID

  ​ flag：若值为0，表示读取nice值；若值为1表示修改nice值。

  ​ prio，nice：指向进程当前优先级及nice值。

  ​ 返回值：系统调用成功时返回0，失败时返回错误码EFAULT。

• 写一个简单的应用程序测试系统调用

• 深入阅读相关函数源码

三、流程图

四、具体实现

• 安装虚拟机及ubuntu

  按指导来问题不大，在可行前提下，分配处理器选择4核或以上

  大小分配60G左右！

  https://jingyan.baidu.com/article/f96699bb147a73894e3c1b2e.html

• 开启系统，打开terminal，进入管理员模式

  打开termintal: ctrl+alt+t

  管理员模式： 输入 sudo su 输入用户密码进入管理员模式

• 下载解压内核

  下载内核： 输入 wget http://mirrors.ustc.edu.cn/kernel.org/linux/kernel/v4.x/linux-4.4.196.tar.xz

  解压内核： 输入 tar -xvJf linux-4.4.196.tar.xz

• 系统调用

  装各种包 输入 sudo apt-get install vim libncurses5-dev make openssl libssl-dev bison flex ctags

添加系统调用号 进入内核：cd linux-4.4.196 # 之后的操作都是在这个目录下

​ 编辑调用表：vim arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl

​ 输入G (跳末行)上行到300多行 ，输入i (进入编辑模式)

​ 输入如图

​ 按ESC键 退出编辑模式 输入 ：wq 保存并退出

申明系统调用 vim include/linux/syscalls.h

​ 输入 G i 添加如下

asmlinkage long sys_mysetnice(pid_t pid,int flag,int nicevalue,void __user * prio,void __user * nice);

​ 按ESC键 退出编辑模式 输入 ：wq 保存并退出

实现调用 vim kernel/sys.c

​ 输入 G i 添加如下

SYSCALL_DEFINE5 (mysetnice,pid_t,pid,int,flag,int,nicevalue,void __user*,prio,void __user*,nice){
    //SYSCALL_DEFINEN中N表示系统调用所需要的参数个数，我们的是5个
     struct task_struct *p;//进程结构体指针
     struct pid *id;//pid结构体
     int m,n;
     id=find_get_pid(pid);//通过传入的pid_t pid得到id结构体 
     p=pid_task(id,PIDTYPE_PID);//通过id得到指定进程,PIDTYPE_PID指的是进程类型的pid 
     m=task_nice(p);     //通过p得到nice值 
     n=task_prio(p);     //通过p得到prio值（优先级） 
     if(flag==0){//读取 
        copy_to_user(nice,(void*)&m,sizeof(m));//将m的地址强转为void *类型 
        copy_to_user(prio,(void*)&n,sizeof(n));
        return 0;
     }
     else if(flag==1){//修改 
        printk("nice value before modified：%d\n",m); 
        set_user_nice(p,nicevalue);//修改nice的值
        return 0;
     } 
     printk("syscall failed!");
     return EFAULT; 
}

​ 按ESC键 退出编辑模式 输入 ：wq 保存并退出

• 配置编译内核

  输入 make mrproper

  输入 make clean

  输入 make menuconfig

  （terminal窗口最大化）

  选择Save 回车确定 回车确定 选择Exit

输入 make -j4

​ (-j4表示4线程编译，耗费较长，无视warning,跳出error可以ctrl+c结束了，出错了就没必要再编译了，看看是否漏掉步骤，根据跳出的error解决)

• 安装内核重启系统

  输入 make modules

  输入 make modules_install

  输入 make install

  输入 update-grub2

  输入 reboot

  重启后 ctrl+alt+t 打开terminal 输入 sudo su 进入管理员模式

  输入 uname -a 如果显示的是下载的内核 这里是4.4.196 表明编译成功

• 编写函数测试用

  输入 vim exp_1_test.c 新建C文件测试调用

  输入i (进入编辑模式)

  编写代码如下

  #include<stdio.h>
  #include<unistd.h>
  #include<sys/syscall.h>
  #define __NR_mysyscall 326
  int main(){
          int nice,prio;
          pid_t id;
  	    id=getpid();
  
          printf("----------------read-----------------\n\n");
          syscall(__NR_mysyscall,id,0,NULL,&prio,&nice);
          printf("before modified:pid:%d,prio:%d,nice:%d\r\n",id,prio,nice);
  
  
          printf("-----------------set-------------------\n\n");
          printf("syscall(__NR_mysyscall,id,1,-8,&prio,&nice);\n");
          syscall(__NR_mysyscall,id,1,-8,&prio,&nice);
  
          printf("------------------read-----------------\n\n");
          syscall(__NR_mysyscall,id,0,NULL,&prio,&nice);
          printf("modified:pid:%d,prio:%d,nice:%d\r\n",id,prio,nice);
          return 0;
  }
  

  ​ 按ESC键 退出编辑模式 输入 ：wq 保存并退出

  输入 gcc exp_1_test.c 编译C文件

  输入 ./a.out 查看结果

• 相关内核源码阅读

  输入 cd linux-4.4.196 进入目录

  输入 sudo ctags -R * （一些准备工作）

  输入 vim kernel/sys.c 就是之前实现调用的

  这里以查看set_user_nice函数及nice定义为例，可以此类推

这里光标移动到如图 set_user_nice 函数

输入 ctrl + ] 进入函数 （退出则是c trl +T）

显示如图

光标移动到 MIN_NICE 输入 ctrl + ] 进入

显示如图