【Linux系列】添加系统调用

【Linux系列】添加系统调用最新教程

编译环境
修改任务
- 基础任务
- 进阶任务
修改准备
修改源码
- 添加系统调用号
- 修改系统调用头文件
- 修改系统调用函数定义
编译安装内核
编写主程序
进阶任务
总结

编译环境

虚拟机操作系统： ubuntu-20.04.3-desktop-amd64
原系统内核版本：5.11.0-46-generic
内核源码版本：5.11.1

修改任务

基础任务

采用内核编译法增加两个系统调用
一个系统调用把用户输入的字符串保存到 text.txt 中
一个系统调用把 text.txt 中的字符串读出
写个主程序调用两个系统调用

进阶任务

用户可以指定用户输入字符串保存的位置和文件名
程序可以将系统调用读取出的字符串打印到用户终端

修改准备

下载内核源码
掌握内核编译

修改源码

所需修改的文件(路径默认从源码目录开始)如下：

arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl      //设置系统调用号，如果是32位就用syscall_32.tblinclude/linux/syscalls.h                     //系统调用的头文件kernel/sys.c                                 //定义系统调用函数

添加系统调用号

使用 gedit 打开 syscall_64.tbl 文件

sudo gedit arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl

根据规则在后面添加自己的系统调用号和系统调用名，如下图所示

这里我添加了两个系统调用分别是读和写

修改系统调用头文件

使用 gedit 打开 syscalls.h 文件

sudo gedit include/linux/syscalls.h

添加对应系统调用的函数声明，如下图

asmlinkage long sys_fwrite(int strcount,char __user* string);
asmlinkage long sys_fread(void);

修改系统调用函数定义

使用 gedit 打开 sys.c 文件

sudo gedit kernel/sys.c

添加对应系统调用的函数定义，内容如下：

//写文件系统调用
SYSCALL_DEFINE2(fwrite,int,strcount,char __user *,string)
{printk("fwrite executing");struct file *filp;char* filename="/usr/src/text.txt\0";printk("open file");filp = filp_open(filename, O_RDWR|O_TRUNC, 0755);if(IS_ERR(filp)){printk("open error...\n");return -1;}printk("writing\n");char* buf;buf = (char *)kmalloc(sizeof(char) * strcount, GFP_KERNEL);if(!copy_from_user(buf, string, strcount)){printk("input is %s \n", buf);}kernel_write(filp, buf, strlen(buf),&filp->f_pos);filp_close(filp,NULL);printk("fwrite end\n");return 0;}

// 读文件系统调用
SYSCALL_DEFINE0(fread)
{printk("fread executing");struct file *filp;struct inode *inode;const char* filename="/usr/src/text.txt\0";off_t fsize;char *buf;unsigned long magic;printk("start....\n");filp=filp_open(filename,O_RDONLY,0);inode=file_inode(filp);magic=inode->i_sb->s_magic;printk("file system magic:%li \n",magic);printk("super blocksize:%li \n",inode->i_sb->s_blocksize);printk("inode %li \n",inode->i_ino);fsize=inode->i_size;printk("file size:%i \n",(int)fsize);buf=(char *) kmalloc(fsize+1,GFP_ATOMIC);printk("buf correct\n");kernel_read(filp,buf,fsize,&(filp->f_pos));buf[fsize]='\0';printk("The File Content is:\n");printk("%s\n",buf);filp_close(filp,NULL);printk("fread end\n");return 0;
}

将两个函数定义写在 sys.c 文件的尾部
其中 SYSCALL_DEFINE 为系统定义，之后的数字代表系统调用参数的个数，其中第一个参数为系统调用函数的名称，需要与调用号定义(调用号定义第三个参)，声明(sys_xxx中xxx部分)一致。
注意系统调用定义时的参数书写格式。

编译安装内核

#编译内核
sudo make -j4#安装内核模块
sudo make modules_install#安装内核
sudo make install#重启
reboot

编写主程序

在指定目录下新建文件 text.txt

sudo touch /usr/src/text.txt

新建 readAndWrite.c 文件，内容如下

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<linux/kernel.h>
int main()
{long int a;printf("this is testwr execution\n");char string[120];scanf("%s",string);int length=strlen(string)+1;a = syscall(442,length,string);printf("a=%li\n",a);printf("testwr end\n");printf("this is testwr execution\n");a = syscall(443);printf("a=%li\n",a);printf("testwr end\n");return 0;}

编译

gcc readAndWrite.c -o readAndWrite.o

执行

sudo ./readAndWrite.o

执行结果，如下图
至此基础任务完成，接下来完成进阶任务

进阶任务

重新添加新的系统调用
添加系统调用号
添加系统调用函数声明

asmlinkage long sys_fsize(int pathcount,char __user * path);
asmlinkage long sys_fwrite_advance(int strcount,char __user * string,int pathcount,char __user * path);
asmlinkage long sys_fread_advance(char __user * res,int pathcount,char __user * path);

添加系统调用函数定义

//获取文件大小系统调用
SYSCALL_DEFINE2(fsize,int,pathcount,char __user *,path)
{printk("fsize executing");struct file *filp;struct inode *inode;off_t fsize;unsigned long magic;char* pathbuf;pathbuf = (char *)kmalloc(sizeof(char) * pathcount, GFP_KERNEL);if(!copy_from_user(pathbuf, path, pathcount)){printk("input path is %s \n", pathbuf);}printk("start....\n");filp=filp_open(pathbuf,O_RDONLY,0);inode=file_inode(filp);magic=inode->i_sb->s_magic;printk("file system magic:%li \n",magic);printk("super blocksize:%li \n",inode->i_sb->s_blocksize);printk("inode %li \n",inode->i_ino);fsize=inode->i_size;printk("file size:%i \n",(int)fsize);filp_close(filp,NULL);printk("fsize end\n");return fsize+1;
}

//写文件系统调用
SYSCALL_DEFINE4(fwrite_advance,int,strcount,char __user *,string,int,pathcount,char __user *,path)
{printk("fwrite_advance executing");struct file *filp;char* pathbuf;pathbuf = (char *)kmalloc(sizeof(char) * pathcount, GFP_KERNEL);if(!copy_from_user(pathbuf, path, pathcount)){printk("input path is %s \n", pathbuf);}printk("%s",pathbuf);printk("open file");filp = filp_open(pathbuf, O_RDWR|O_TRUNC, 0755);if(IS_ERR(filp)){printk("open error...\n");return -1;}printk("writing\n");char* buf;buf = (char *)kmalloc(sizeof(char) * strcount, GFP_KERNEL);if(!copy_from_user(buf, string, strcount)){printk("input is %s \n", buf);}kernel_write(filp, buf, strlen(buf),&filp->f_pos);filp_close(filp,NULL);printk("fwrite_advance end\n");return 0;}

//读文件系统调用
SYSCALL_DEFINE3(fread_advance,char __user *,res,int,pathcount,char __user *,path)
{printk("fread_advance executing");struct file *filp;struct inode *inode;off_t fsize;char *buf;unsigned long magic;char* pathbuf;pathbuf = (char *)kmalloc(sizeof(char) * pathcount, GFP_KERNEL);if(!copy_from_user(pathbuf, path, pathcount)){printk("input path is %s \n", pathbuf);}printk("start....\n");filp=filp_open(pathbuf,O_RDONLY,0);inode=file_inode(filp);magic=inode->i_sb->s_magic;printk("file system magic:%li \n",magic);printk("super blocksize:%li \n",inode->i_sb->s_blocksize);printk("inode %li \n",inode->i_ino);fsize=inode->i_size;printk("file size:%i \n",(int)fsize);buf=(char *) kmalloc(fsize+1,GFP_ATOMIC);printk("buf correct\n");kernel_read(filp,buf,fsize,&(filp->f_pos));buf[fsize]='\0';printk("The File Content is:\n");printk("%s\n",buf);if(!copy_to_user(res, buf, fsize+1)){printk("output success");}filp_close(filp,NULL);printk("fread_advance end\n");return 0;
}

编译安装内核
修改主程序

#include<unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<linux/kernel.h>
int main()
{long int a;printf("this is testwr execution\n");char *res;char string[120];char path[120];scanf("%s",string);scanf("%s",path);int length=strlen(string)+1;int plength=strlen(path)+1;a = syscall(444,length,string,plength,path);printf("a=%li\n",a);printf("testwr end\n");printf("this is testwr execution\n");a = syscall(446,plength,path);printf("a=%li\n",a);res = malloc(sizeof(char)*a);a = syscall(445,res,plength,path);printf("%s\n",res);printf("a=%li\n",a);printf("testwr end\n");return 0;}

在所需目录下新建所需文件
编译运行，结果如下

总结

增加系统调用主要是修改三个文件，分别添加系统调用号、系统调用函数声明和系统调用函数定义
增加文件读写系统调用的核心函数是：filp_open、filp_close、kernel_read、kernel_write、copy_from_user、copy_to_user
关于文件读写和系统调用传参最大且最容易出现的问题往往是字符指针和字符数组的问题

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基础任务

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