linux內核系統(tǒng)調用實驗指導書.ppt

預備知識 Linux內核結構 Linux內核源碼 Linux系統(tǒng)調用 實驗指導 系統(tǒng)調用的添加 Linux內核編譯 實驗步驟,linux內核系統(tǒng)調用實驗指導書,線程同步實驗,Linux內核結構,線程同步實驗,Linux分為用戶空間和內核空間兩個層次,Linux內核結構,線程同步實驗,Linux內核的組成 進程調度(SCHED)：控制進程對CPU的訪問 內存管理(MM)：允許多個進程安全的共享內存區(qū)域 虛擬文件系統(tǒng)(VFS)：隱藏各種硬件的具體細節(jié)，為所有設備提供統(tǒng)一的接口 網(wǎng)絡接口(NET)：提供對各種網(wǎng)絡標準的存取和各種網(wǎng)絡硬件的支持 進程間通訊(IPC)：支持進程間各種通信機制,Linux內核源碼,線程同步實驗,Linux系統(tǒng)調用,線程同步實驗,Linux系統(tǒng)調用機制 Linux內核中設置了一組用于實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序，稱為系統(tǒng)調用 用戶通過系統(tǒng)調用命令在自己的應用程序中調用它們 系統(tǒng)調用與普通函數(shù)調用的區(qū)別 系統(tǒng)調用 核心態(tài) 操作系統(tǒng)核心提供 普通的函數(shù)調用 用戶態(tài) 函數(shù)庫或用戶自己提供,Linux系統(tǒng)調用,線程同步實驗,為什么有系統(tǒng)調用？ 一般用戶進程不能直接訪問系統(tǒng)內核，不能直接使用或修改內核數(shù)據(jù)，以免干擾內核程序的執(zhí)行，妨礙系統(tǒng)安全。 系統(tǒng)調用是什么？ 用戶進程要使用內核功能時，只能通過內核提供的接口系統(tǒng)調用來實現(xiàn)，系統(tǒng)調用實際是操作系統(tǒng)內核提供的、功能較強的一系列函數(shù)。 系統(tǒng)調用好比一個中間人，把用戶進程的系統(tǒng)調用請求傳達給內核，待內核把請求處理完畢后再將處理結果送回給用戶空間。 系統(tǒng)調用是用戶空間訪問內核的唯一手段。系統(tǒng)調用發(fā)生時會從用戶態(tài)轉到內核態(tài)，完成功能后又由內核態(tài)轉回用戶態(tài),Linux系統(tǒng)調用,線程同步實驗,使用系統(tǒng)調用的兩種方式 1、通過C庫函數(shù) 2、使用syscall函數(shù) syscall函數(shù)原型為： int syscall(int number,); 通過指定系統(tǒng)調用號和一組函數(shù)來調用系統(tǒng)調用 * 2.6.19版前使用_syscall宏,Linux系統(tǒng)調用,線程同步實驗,C庫函數(shù)系統(tǒng)調用例子,Linux系統(tǒng)調用,線程同步實驗,系統(tǒng)如何響應調用的？ 系統(tǒng)調用函數(shù)中的int$0x80匯編指令，會產(chǎn)生向量為128的異常。內核通過查中斷向量表找到128號異常對應的處理程序系統(tǒng)調用處理程system_call() 如何找到對應的內核函數(shù)？ system_call()利用系統(tǒng)調用號查系統(tǒng)調用表sys_call_table，找到對應每個系統(tǒng)調用號的處理函數(shù)。,Linux系統(tǒng)調用處理流程,線程同步實驗, xyz() ,system_call: sys_xyz() ret_from_sys_call: ,xyz() int 0x80 ,sys_xyz() ,用戶態(tài) 內核態(tài),glibc標準庫中的封裝例程 （系統(tǒng)調用函數(shù) 的具體實現(xiàn)）,系統(tǒng)調用處理程序,系統(tǒng)調用 服務例程 （內核函數(shù)）,在應用程序中使用系統(tǒng)調用,系統(tǒng)調用的添加,線程同步實驗,（1）完成系統(tǒng)調用函數(shù) 編寫待添加的系統(tǒng)調用函數(shù)，函數(shù)名以sys_開頭。 系統(tǒng)調用服務例程的名字均遵守一定的規(guī)則：系統(tǒng)調用名稱前增加“sys_”前綴，比如open系統(tǒng)調用對應sys_open函數(shù) 如：mycall(int num)，在/usr/src/linux/kernel/sys.c文件中添加代碼： asmlinkage int sys_mycall(int number) return number; /僅返回一個整型值 ,系統(tǒng)調用的添加,線程同步實驗,（2）在系統(tǒng)調用表中添加表項 讓內核的其余部分知道該系統(tǒng)調用的存在。 系統(tǒng)調用表sys_call_table存儲了所有系統(tǒng)調用對應的服務例程的函數(shù)地址。 對于X86 32位體系結構的系統(tǒng)調用表位于arch/X86/kernel/syscall_table_32.S文件中定義。 第n個表項對應了系統(tǒng)調用號為n的服務例程的入口地址的指針,如：/usr/src/linux/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S的最后一行增加新的系統(tǒng)調用內核函數(shù)指針。 .long sys_mycall,系統(tǒng)調用的添加,線程同步實驗,（3）添加系統(tǒng)調用號 /arch/x86/include/asm/unistd_32.h 每個系統(tǒng)調用號都是唯一的，依次對應sys_call_table中的一項，系統(tǒng)調用號寫在unistd.h文件中，以“_NR_”開頭。 內核通過系統(tǒng)調用號作為下標去獲取sys_call_table中的服務例程函數(shù)地址。 系統(tǒng)調用號一旦分配就不能再有任何變更，系統(tǒng)運行中即使該系統(tǒng)調用被刪除，它所擁有的系統(tǒng)調用號也不能被回收利用。,系統(tǒng)調用的添加,線程同步實驗,如： 在/arch/x86/include/asm/unistd_32.h 里的 #define _NR_recvmmsg 337 行下添加： #define _NR_mycall 338 這里系統(tǒng)調用號為338，是因為Linux-2.6內核自身的系統(tǒng)調用號碼已經(jīng)用到337，新添加的系統(tǒng)調用號不能與前面已有的重復。,系統(tǒng)調用的添加,線程同步實驗,（4）編寫系統(tǒng)調用的測試代碼 通過調用syscall函數(shù)調用添加的系統(tǒng)調用。 如：mycall系統(tǒng)調用的系統(tǒng)調用號為338，則調用mycall的方式為 syscall(338, argu); argu為mycall的參數(shù)。,系統(tǒng)調用的添加,線程同步實驗,（1）下載內核 到下載新內核 解壓到/usr/src/kernels目錄下 （2）清除內核及之前編譯的內容 make clean /清除原有不需要的模塊和文件 make mrproper /刪除原來編譯產(chǎn)生的垃圾 （3）配置內核 make oldconfig / 與當前配置相同 make config / 基于文本的、最為傳統(tǒng)的配置界面 make menuconfig / 基于文本菜單形式，字符終端下使用 make xconfig / 基于圖形窗口模式，Xwindow下使用,Linux內核編譯,Concurrency(并發(fā)性),（4）編譯內核 make 或make zImage /編譯內核, make zImage編譯壓縮 /形式的大內核 make modules /編譯選擇的模塊 make modules_install /編譯后的模塊移到系統(tǒng)標準位置 make install /把壓縮內核映象拷貝到/boot目 /錄下, 創(chuàng)建System.map符號鏈接 （5）啟動項配置 mkinitramfs o /boot/initrd.img- /創(chuàng)建內核的initrd映象 在/boot/grub/grub.cfg中設置啟動項的配置,Linux內核編譯,線程同步實驗,實驗環(huán)境 系統(tǒng)版本：CentOS 5.5 內核版本：2.6.18-194.el5 欲編譯內核：3 命令uname -r 查看當前系統(tǒng)的內核版本,實驗步驟,線程同步實驗,實驗目的： (1)添加新的系統(tǒng)調用pedagogictime,該函數(shù)通過使用一個引用參數(shù)的調用返回當前的系統(tǒng)時間。 (2)編寫一個用戶空間程序來測試pedagogictime,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost # cd /usr/src/kernels/linux-3 /切換到預編譯內核目錄 rootlocalhost linux-3# vi kernel/sys.c /用vi編輯器打開sys.c文件添加系統(tǒng)調用pedagogictime的代碼 /添加到sys.c的最后一行 /代碼如下： asmlinkage long sys_pedagogictime(struct timeval *tv) if(likely(tv) struct timeval ktv; do_gettimeofday( ,實驗步驟,線程同步實驗,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost linux-3# vi arch/x86/kernel/syscall_table_32.S /編輯系統(tǒng)調用表syscall_table_32.S， 添加pedagogictime .long sys_pedagogictime /* 338 */,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost linux-3# vi arch/x86/include/asm/unistd_32.h /編輯unistd_32.h，添加pedagogictime的系統(tǒng)調用號 #define _NR_pedagogictime 338,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost linux-3# make mrproper /刪除原來編譯產(chǎn)生的垃圾 rootlocalhost linux-3# cp /boot/config-2.6.18-194.el5 .config /導入原系統(tǒng)的內核配置 rootlocalhost linux-3# make menuconfig / Load an Alternate Configuration File - 導入.config文件 - Save an Alternate Configuration File - Exit /導入配置到欲編譯內核中 rootlocalhost linux-3# vi .config /修改配置, 修改如下： # CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 is not set 修改為： CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 = y,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost linux-3# make all /編譯內核 rootlocalhost linux-3# make modules /編譯模塊 rootlocalhost linux-3# make modules_install /添加模塊到內核 rootlocalhost linux-3# make install /鏈接、組建內核,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost linux-3# cp /boot/initrd-3.img /tmp /把剛編譯生成的內核拷貝到/tmp文件夾下，用作修改其中配置和重新打包內核 rootlocalhost linux-3# mv /boot/initrd-3.img /boot/initrd-3.img.bak /修改剛編譯生成的內核的文件名為initrd-3.img.bak，用作備份 rootlocalhost linux-3# cd /tmp /切換至/tmp文件夾 rootlocalhost tmp# mkdir newinitrd /新建newinitrd文件夾，用作把剛編譯的內核解壓到該文件夾下 rootlocalhost tmp# cd newinitrd /切換至newinitrd文件夾,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost newinitrd# zcat /initrd-3.img |cpio -i /解壓內核 rootlocalhost newinitrd# vi init /修改啟動初始化配置文件 /配置文件中有重復的配置，去掉其中一個即可 echo “Loading dm-region-hash.ko module“ insmod /lib/dm-region-hash.ko,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost newinitrd# find .|cpio -c -o /initrd /打包修改配置后的所有內核文件 rootlocalhost newinitrd# cd /切換到/tmp文件夾 rootlocalhost tmp# gzip -9 initrd-3.img /壓縮打包文件，構建內核包 rootlocalhost tmp# cp initrd-3.img /boot/ /把新建的內核包復制到文件夾/boot，到此內核編譯、打包、修改、構建完成 rootlocalhost tmp# reboot /重啟系統(tǒng)，驗證新編譯的內核,實驗步驟,線程同步實驗,rootlocalhost # mkdir source /系統(tǒng)重啟后，創(chuàng)建source文件夾，用于存放編寫的用戶空間程序 rootlocalhost # cd source/ /切換到source目錄 rootlocalhost source# vi test.c /新建用于測試pedagogictime系統(tǒng)調用的用戶空間程序文