技术标签: date 模块与核心 access 编译器 linux socket user
使用 Linux 系统调用的内核命令探究 SCI 并添加自己的调用 |
级别: 中级 M. Tim Jones ([email protected]), 顾问工程师, Emulex 2007 年 4 月 17 日 Linux 系统调用 —— 我们每天都在使用它们。不过您清楚系统调用是如何在用户空间和内核之间执行的吗?本文将探究 Linux 系统调用接口(SCI),学习如何添加新的系统调用(以及实现这种功能的其他方法),并介绍与 SCI 有关的一些工具。 系统调用就是用户空间应用程序和内核提供的服务之间的一个接口。由于服务是在内核中提供的,因此无法执行直接调用;相反,您必须使用一个进程来跨越用户空间与内核之间的界限。在特定架构中实现此功能的方法会有所不同。因此,本文将着眼于最通用的架构 —— i386。 在 本文中,我将探究 Linux SCI,演示如何向 2.6.20 内核添加一个系统调用,然后从用户空间来使用这个函数。我们还将研究在进行系统调用开发时非常有用的一些函数,以及系统调用的其他选择。最后,我们将介绍 与系统调用有关的一些辅助机制,比如在某个进程中跟踪系统调用的使用情况。 Linux 中系统调用的实现会根据不同的架构而有所变化,而且即使在某种给定的体架构上也会不同。例如,早期的 x86 处理器使用了中断机制从用户空间迁移到内核空间中,不过新的 IA-32 处理器则提供了一些指令对这种转换进行优化(使用 要对 Linux 的 SCI 进行改进,您不需要完全理解 SCI 的内部原理,因此我将使用一个简单的系统调用进程(请参看图 1)。每个系统调用都是通过一个单一的入口点多路传入内核。eax 寄存器用来标识应当调用的某个系统调用,这在 图 1. 使用中断方法的系统调用的简化流程 SCI 的核心是系统调用多路分解表。这个表如图 2 所示,使用 eax 中提供的索引来确定要调用该表中的哪个系统调用( 图 2. 系统调用表和各种链接
添加一个新系统调用主要是一些程序性的操作,但应该注意几件事情。本节将介绍几个系统调用的构造,从而展示它们的实现和用户空间应用程序对它们的使用。 向内核中添加新系统调用,需要执行 3 个基本步骤:
注意: 这个过程忽略了用户空间的需求,我将稍后介绍。 最常见的情况是,您会为自己的函数创建一个新文件。不过,为了简单起见,我将自己的新函数添加到现有的源文件中。清单 1 所示的前两个函数,是系统调用的简单示例。清单 2 提供了一个使用指针参数的稍微复杂的函数。 清单 1. 系统调用示例的简单内核函数
在清单 1 中,我们为进行 jiffies 监视提供了两个函数。(有关 jiffies 的更多信息,请参看侧栏 “Kernel jiffies”)。第一个函数会返回当前 jiffy,而第二个函数则返回当前值与所传递进来的值之间的差值。注意 清单 2. 系统调用示例的最后内核函数
清单 2 给出了第三个函数。这个函数使用了两个参数:一个 对于步骤 2 来说,我对头文件进行了更新:在系统调用表中为这几个新函数安排空间。对于本例来说,我使用新系统调用号更新了 linux/include/asm/unistd.h 头文件。更新如清单 3 中的黑体所示。 清单 3. 更新 unistd.h 文件为新系统调用安排空间
现 在已经有了自己的内核系统调用,以及表示这些系统调用的编号。接下来需要做的是要在这些编号(表索引)和函数本身之间建立一种对等关系。这就是第 3 个步骤,更新系统调用表。如清单 4 所示,我将为这个新函数更新 linux/arch/i386/kernel/syscall_table.S 文件,它会填充清单 3 显示的特定索引。 清单 4. 使用新函数更新系统调用表
注意: 这个表的大小是由符号常量 现在,我们已经完成了对内核的更新。接下来必须对内核重新进行编译,并在测试用户空间应用程序之前使引导使用的新映像变为可用。 Linux 内核提供了几个函数,可以用来将系统调用参数移动到用户空间中,或从中移出。方法包括一些基本类型的简单函数(例如 您可以使用
要在内核和用户空间移动一些简单类型(例如 int 或 long 类型),可以使用
要移动更大的对象,例如结构或数组,您可以使用
最后,您可以使用
这些函数为内核和用户空间之间的内存移动提供了基本功能。实际上还可以使用另外一些函数(例如减少执行检查数量的函数)。您可以在 uaccess.h 中找到这些函数。
现在内核已经使用新系统调用完成更新了,接下来看一下从用户空间应用程序中使用这些系统调用需要执行的操作。使用新的内核系统调用有两种方法。第一种方法非常方便(但是在产品代码中您可能并不希望使用),第二种方法是传统方法,需要多做一些工作。 使用第一种方法,您可以通过 清单 5. 使用 syscall 调用系统调用
正如您所见,
传统的方法要求我们创建函数调用,这些函数调用必须匹配内核中的系统调用索引(这样就可以调用正确的内核服务),而且参数也必须匹配。Linux 提供了一组宏来提供这种功能。
现在,让我们来看一下如何使用 清单 6. 将 _syscall 宏 用于用户空间应用程序开发
注意
系 统调用是请求内核中服务的一种有效方法。使用这种方法的最大问题就是它是一个标准接口,很难将新的系统调用增加到内核中,因此可以通过其他方法来实现类似 服务。如果您无意将自己的系统调用加入公共的 Linux 内核中,那么系统调用就是将内核服务提供给用户空间的一种方便而且有效的方法。 让您的服务对用户空间可见的另外一种方法是通过 /proc 文件系统。/proc 文件系统是一个虚拟文件系统,您可以通过它来向用户提供一个目录和文件,然后通过文件系统接口(读、写等)在内核中为新服务提供一个接口。
Linux 内核提供了一种非常有用的方法来跟踪某个进程所调用的系统调用(以及该进程所接收到的信号)。这个工具就是
结果会产生大量信息,显示在执行
当当前系统调用请求具有一个名为
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