Linux 的两种系统调用

博主： admin
发布时间：2021 年 03 月 24 日
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## 实验目的

学习 Linux 内核的系统调用，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。

## 实验内容

用两种方法添加系统调用。

第一种方法:在系统中添加一个不用传递参数的系统调用;执行这个系统调用,使用户的 `uid` 等于 0 。显然,这不是一个有实际意义的系统调用。我们的目的是通过最简单的例子,帮助熟悉对系统调用的添加过程,为下面添加更复杂的系统调用打好基础。

第二种方法:用 kernel module 机制,实现系统调用 `gettimeofday` 的简化版,返回调用时刻的日期和时间。

## 实验准备

* 了解了 Linux 系统调用的流程

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/4262872650.png)
* 了解了 Linux 系统调用的相关文件：`syscall_64.tbl`、`syscalls.h`、`sys.c`

## 实验预习

### 第一种方法

* 切换到 root 用户
* 下载并解压内核源码
* 分配系统调用号
  `gedit ~/linux-5.11.8/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl`

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/1506950170.png)
* 申明系统调用服务例程原型
  `gedit ~/linux-5.11.8/include/linux/syscalls.h`

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/3853320160.png)
* 实现系统调用服务( 0 代表的是 `mysyscall` 需要 0 个参数)
  `gedit ~/linux-5.11.8/kernel/sys.c`

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/415207273.png)
* 编译、安装内核并重启系统
* 测试

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/140556116.png)

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/3510898321.png)

### 第二种方法

* 切换到 root 用户
* 创建并进入临时目录
  `mkdir lkm && cd $_`
* 编辑模块文件

```c
  /*pedagogictime.c*/
  #include<linux/kernel.h>
  #include<linux/module.h>
  #include<linux/init.h>

/*在这个头文件里面包含了所有的系统调用号__NR_... */

#include<linux/unistd.h>

/* for struct time */
  #include<linux/time.h>

/* for copy_to_user()*/
  #include<asm/uaccess.h>
  #include<linux/uaccess.h>

/*for current macro */
  #include<linux/sched.h>

#define __NR_pedagogictime 442
  #define SYS_CALL_TABLE_ADDRESS 0xffffffff820002a0

inline void mywrite_cr0(unsigned long cr0) {
   asm volatile("mov %0,%%cr0" : "+r"(cr0) : : "memory");

}

void enable_write_protection(void) {
   unsigned long cr0 = read_cr0();
   set_bit(16, &cr0);
   mywrite_cr0(cr0);

}

void disable_write_protection(void) {
   unsigned long cr0 = read_cr0();
   clear_bit(16, &cr0);
   mywrite_cr0(cr0);
  }

MODULE_DESCRIPTION("My sys_pedagogictime()");
  MODULE_AUTHOR( "1827405106 HUO CHAO");
  MODULE_LICENSE("GPL");

/*用来保存旧系统调用的地址*/
  static int(*anything_saved)(void);

/*这个是我们自己的系统调用函数 sys_pedagogictime() */
  static int sys_pedagogictime(void)
  {
    printk("syscall from module");
    return 666;
  }

/*和这里是初始化函数，_init标志表明这个函数使用后就可以丢弃了*/
  int __init init_addsyscall(void)
  {
    unsigned long* sys_call_table = (unsigned long*)(SYS_CALL_TABLE_ADDRESS);
    /*保存原来系统调用表中此位置的系统调用*/
    anything_saved = (int(*)( void))( sys_call_table[__NR_pedagogictime]);
    disable_write_protection();//使内核地址空间可写
    /*把我们自己的系统调用放入系统调用表,注意进行类型转换*/
    sys_call_table[__NR_pedagogictime] = (unsigned long)sys_pedagogictime;
    enable_write_protection();//使内核地址空间不可写
    return 0;
  }

/*这里是退出函数。__exit标志表明如果我们不是以模块方式编译这段程序,则这个标志后的·函数可以丢弃。也就是说,模块被编译进内核,只要内核还在运行,就不会被卸载*/
  void __exit exit_addsyscall(void)
  {
    unsigned long* sys_call_table = (unsigned long*)(SYS_CALL_TABLE_ADDRESS);;
    /*中恢复原先的系统调用*/
    disable_write_protection();
    sys_call_table[__NR_pedagogictime] = (unsigned long )anything_saved;
    enable_write_protection();
  }

/*这两个宏告诉系统我们真正的初始化和退出函数*/
  module_init(init_addsyscall);
  module_exit(exit_addsyscall);
  ```
* 编辑 Makefile

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/2155389915.png)
* 编译 make

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/1452811503.png)
* 安装模块
  `insmod pedagogictime.ko`

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/920320718.png)
* 编写测试程序

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/4056565838.png)
* 编译运行测试程序

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/1125341145.png)

## 预习总结

* 大致走了一下两种添加系统调用方法的流程
* 第一种较为简单，但是需要重新编译内核，时间较长
* 第二种方法较为复杂，但是不需要编译内核
* 教材使用的 Linux 版本过于老旧，需要做不少修改，比如 sys_call_table 在之前的版本中可以直接访问，但是在新版本的内核中只能通过内存地址访问，并且还需要修改 cr0 的读写位，不仅如此，如果之前在编译内核时 CONFIG_RANDOMIZE_BASE=y 的话，还需要手动关闭 `kaslr` 选项，否则每次 sys_call_table 的地址都会改变，就不能通过内存地址访问了

![](https://blog.super0.xyz/usr/uploads/2021/03/69238857.png)
* 本次预习只是实现了两种系统调用的方法，具体的修改 uid 和 实现 gettimeofday 的简化版留到实验课再做

最后修改：2021 年 03 月 24 日 09 : 55 PM

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4 条评论

bvwqpofdpx
December 3rd, 2024 at 07:55 pm

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November 25th, 2024 at 10:10 pm

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November 24th, 2024 at 05:44 am

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ubuvuiuuhj
November 20th, 2024 at 01:22 pm

博主太厉害了！

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Linux 的两种系统调用

admin • 2021 年 03 月 24 日

## 实验目的

学习 Linux 内核的系统调用，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。

## 实验内容

用两种方法添加系统调用。

第二种方法:用 kernel module 机制,实现系统调用 `gettimeofday` 的简化版,返回调用时刻的日期和时间。

## 实验准备

* 了解了 Linux 系统调用的流程

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* 了解了 Linux 系统调用的相关文件：`syscall_64.tbl`、`syscalls.h`、`sys.c`

## 实验预习

### 第一种方法

* 切换到 root 用户
* 下载并解压内核源码
* 分配系统调用号
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* 申明系统调用服务例程原型
  `gedit ~/linux-5.11.8/include/linux/syscalls.h`

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* 实现系统调用服务( 0 代表的是 `mysyscall` 需要 0 个参数)
  `gedit ~/linux-5.11.8/kernel/sys.c`

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* 编译、安装内核并重启系统
* 测试

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### 第二种方法

* 切换到 root 用户
* 创建并进入临时目录
  `mkdir lkm && cd $_`
* 编辑模块文件

```c
  /*pedagogictime.c*/
  #include<linux/kernel.h>
  #include<linux/module.h>
  #include<linux/init.h>

/*在这个头文件里面包含了所有的系统调用号__NR_... */

#include<linux/unistd.h>

/* for struct time */
  #include<linux/time.h>

/* for copy_to_user()*/
  #include<asm/uaccess.h>
  #include<linux/uaccess.h>

/*for current macro */
  #include<linux/sched.h>

#define __NR_pedagogictime 442
  #define SYS_CALL_TABLE_ADDRESS 0xffffffff820002a0

inline void mywrite_cr0(unsigned long cr0) {
   asm volatile("mov %0,%%cr0" : "+r"(cr0) : : "memory");

}

void enable_write_protection(void) {
   unsigned long cr0 = read_cr0();
   set_bit(16, &cr0);
   mywrite_cr0(cr0);

}

void disable_write_protection(void) {
   unsigned long cr0 = read_cr0();
   clear_bit(16, &cr0);
   mywrite_cr0(cr0);
  }

MODULE_DESCRIPTION("My sys_pedagogictime()");
  MODULE_AUTHOR( "1827405106 HUO CHAO");
  MODULE_LICENSE("GPL");

/*用来保存旧系统调用的地址*/
  static int(*anything_saved)(void);

/*这个是我们自己的系统调用函数 sys_pedagogictime() */
  static int sys_pedagogictime(void)
  {
    printk("syscall from module");
    return 666;
  }

/*这两个宏告诉系统我们真正的初始化和退出函数*/
  module_init(init_addsyscall);
  module_exit(exit_addsyscall);
  ```
* 编辑 Makefile

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