Linux内核中添加系统调原理浅析

1. Linux体系结构

　　Linux系统的地址空间分为用户空间和内核空间，通过系统调用和硬件中断能够完成从用户空间到内核空间的转移。

2. 系统调用接口

① 一般情况下，用户进程不能访问内核空间。Linux内核中提供了一组用于实现各种系统功能的子程序，用户可以调用它们访问Linux内核的数据和函数，这些子程序称为系统调用接口（SCI）。

② 系统调用和普通函数的区别：系统调用由操作系统内核实现，运行于内核态；普通函数调用由函数库或用户自己提供，运行于用户态。

3. 系统调用分类：主要分3大类

① 进程控制类

　　* fork

　　* clone

　　* execve

　　...

② 文件控制类

　　* fcntl

　　* open

　　* read

　　...

③ 系统控制类

　　* ioctl

　　* reboot

　　...

4.  系统调用工作原理

　　系统调用工作原理是（1）进程先用适当的值填充寄存器（R7），（2）然后调用一个特殊的指令（swi），（3）这个指令会让用户程序跳转到一个事先定义好的内核中的一个位置（vector_swi），（4）这位置的代码会根据寄存器（R7）的值从表sys_call_table中查找相应的函数。

（1）适当的值：系统调用号，定义于文件arch\arm\include\asm\unistd.h中。

#define __NR_restart_syscall        (__NR_SYSCALL_BASE+  0)
#define __NR_exit            (__NR_SYSCALL_BASE+  1)
#define __NR_fork            (__NR_SYSCALL_BASE+  2)
#define __NR_read            (__NR_SYSCALL_BASE+  3)
#define __NR_write            (__NR_SYSCALL_BASE+  4)
#define __NR_open            (__NR_SYSCALL_BASE+  5)
#define __NR_close            (__NR_SYSCALL_BASE+  6)

（2）特殊的指令
　　* 在X86 CPU中，这个指令由中断0x80实现

　　* 在ARM中，这个指令是SWI（Software interrupt：软中断指令），现在重命名为SVC

（3）固定的位置：在ARM体系中，这个固定位置为ENTRY(vector_swi)（arch\arm\kernel\entry-common.S）

（4）相应的函数：内核根据应用程序传递来的系统调用号，从系统调用表sys_call_table（sys_call_table中表项定于文件：arch\arm\kernel\calls.S）找到相应的内核函数。

5. 向Linux内核中添加新的系统调用

① 在内核代码的某一位置添加函数，如：向kernel/printk.c中添加

void sys_print()
{
    printk("Hello Kevin, this is a new system call\n");
}

② 把函数添加至sys_call_table，如：向arch\arm\kernel\calls.S中373行添加

CALL(sys_print)

③ 添加系统调用号，如：向arch\arm\include\asm\unistd.h中添加

#define __NR_sys_print        (__NR_SYSCALL_BASE+361)

6. 新的系统调用测试

①应用层测试代码方法1：

#include <sys/syscall.h>

int main()
{
    syscall(361);
    
    return 0;
}

①应用层测试代码方法2：

void SystemCallTest()
{
    __asm__ (
        "ldr r7, =361 \n"
        "swi \n"
        :
        :
        :"memory"
    );
}


int main()
{
    SystemCallTest();
    
    return 0;
}