操作系统作业：添加一个简单的系统调用（内核模块法）

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一、实验目的

1. 学习Linux的内核的系统调用。
2. 理解、掌握Linux系统调用的实现框架、用户界面、参数传递、进入/返回过程。

二、实验内容

在系统调用中添加一个不用传递参数的系统调用，实现一个简单的系统调用的添加。执行这个系统调用，在屏幕上显示输出“Hello World! ”。

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三、实验环境

虚拟机软件：Vmware Workstation
Linux发行版：CentOS 7 内置内核：linux 3.10.0
待编译内核：linux 4.15.10

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四、操作方法和步骤

（1）准备工作

1.查询syscall_table的地址，执行命令：

sudo cat /proc/kallsyms | grep sys_call_table

2. 查询可用的系统调用号，使用vim编辑器打开unistd_32.h，执行命令：

vim /usr/include/asm/unistd_32.h

在普通模式下，输入G或者shift+g定位到文尾，可以看到最后一个是383，因此384是可用的系统调用号

（2）创建hello.c文件

• sys_call_table为上面查询到的系统调用表的地址，NUM为待添加的系统调用号
• 使用vim命令创建hello.c，并添加以下内容：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <linux/sched.h>
  
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 
#define SYS_CALL_TABLE_ADDRESS 0xffffffffa8400160  //sys_call_table对应的地址
#define NUM 384  //系统调用号为384
int orig_cr0;  //用来存储cr0寄存器原来的值
unsigned long *sys_call_table_my=0;
static int(*anything_saved)(void);  //定义一个函数指针，用来保存一个系统调用
static int clear_cr0(void) //使cr0寄存器的第17位设置为0（内核空间可写）
{
    unsigned int cr0=0;
    unsigned int ret;
    asm volatile("movq %%cr0,%%rax":"=a"(cr0));//将cr0寄存器的值移动到eax寄存器中，同时输出到cr0变量中
    ret=cr0;
    cr0&=0xfffffffffffeffff;//将cr0变量值中的第17位清0,将修改后的值写入cr0寄存器
    asm volatile("movq %%rax,%%cr0"::"a"(cr0));//将cr0变量的值作为输入，输入到寄存器eax中，同时移动到寄存器cr0中
    return ret;
}
 
static void setback_cr0(int val) //使cr0寄存器设置为内核不可写
{
    asm volatile("movq %%rax,%%cr0"::"a"(val));
}
 
asmlinkage long sys_mycall(void) //定义自己的系统调用
{   
    printk("模块系统调用-当前pid：%d，当前comm:%s\n",current->pid,current->comm);
    printk("hello,world!\n");
    return current->pid;    
}
static int __init call_init(void)
{
    sys_call_table_my=(unsigned long*)(SYS_CALL_TABLE_ADDRESS);
    printk("call_init......\n");
    anything_saved=(int(*)(void))(sys_call_table_my[NUM]);//保存系统调用表中的NUM位置上的系统调用
    orig_cr0=clear_cr0();//使内核地址空间可写
    sys_call_table_my[NUM]=(unsigned long) &sys_mycall;//用自己的系统调用替换NUM位置上的系统调用
    setback_cr0(orig_cr0);//使内核地址空间不可写
    return 0;
}
 
static void __exit call_exit(void)
{
    printk("call_exit......\n");
    orig_cr0=clear_cr0();
    sys_call_table_my[NUM]=(unsigned long)anything_saved;//将系统调用恢复
    setback_cr0(orig_cr0);
}
 
module_init(call_init);
module_exit(call_exit);

（3）创建Makefile文件

• 使用vim命令创建Makefile文件，添加以下内容

obj-m:=hello.o
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-4.15.10
all:
	make -C  $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	make -C  $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean

• 注意：LINUX_KERNEL_PATH是内核代码的位置

（4）安装内核模块

1.执行命令：

make

2.查看make是否成功，执行命令：

ls | grep 'hello.*'

看到有ko，mod.c，mod.o文件就说明成功了

3.使用insmod插入模块，执行命令：

insmod hello.ko

4.使用lsmod查看模块是否插入成功，执行命令：

lsmod

Module出现hello，表示模块插入成功

（5）测试系统调用

1.使用vim创建test.c文件，执行命令：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<unistd.h>
 
int main()
{
        unsigned long x = 0;
        x = syscall(483);        //测试483号系统调用
        printf("17计科-1727405169 syscall result: %ld\n", x);
        return 0;
}

2.使用gcc编译，执行命令：

gcc test.c

3.运行a.out，执行命令：

./a.out

出现以下结果就成功了。

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五、总结

• 两个字高度概括，简单！
• 剩下的你们自己慢慢写吧，有问题欢迎在留言区交
  流，谢谢观看。