设计与实现自定义Linux系统调用及内核编译
（在做操作系统课程的这个实验时，由于老师发的教程涉及的Linux版本较早，教程中有些许纰漏，在经历了一天的踩坑填坑最后完成实验后，决定重写一波教程，由原教程+避坑指南构成）
P.S. 此教程相对于原教程增加、改动的部分源于本人网上查找和自己的试验，因此并不百分百正确，很多地方才疏学浅不知所以然，大家发现了错误或者有了更好的解释，可以评论。
实验环境
1、macOS上的Parallels Desktop虚拟机
2、Ubuntu版本：16.04 64位 使用的Ubuntu内核版本：4.15.0
3、用于修改的内核版本：4.10.14
4、CPU 8259u 4核8线程（分配给虚拟机4个核心） 内存：16G（分配给虚拟机8G）
推荐大家在进行此实验前，将虚拟机设置中，分配的内核数提到最大，同时分配给虚拟机的硬盘空间设置在50G以上（比较保险，最好不要低于40G，底线是30G）
实验步骤
更换Ubuntu软件下载源
由于部分Ubuntu装好后默认的软件下载地址是国外的地址，会出现下载软件速度极慢甚至无法下载的情况
因此我们需要先将软件的下载源更换为国内镜像
选择System Settings
选择System-Software&Updates，在Download from处下拉菜单，选择other-China-任意国内源即可，图中显示的是阿里的源，选好后会需要输入管理员密码
之后在terminal中输入
sudo apt-get update
即可
下载内核源码
官方地址：https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/
由于官方地址下载较慢，我们采用国内镜像
国内镜像地址：https://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/v4.x/
至于下载何种版本的内核源码，如果是16.04的话下载4.10.14（也是我做这个实验使用的版本），其它版本的Ubuntu的话…百度吧亲
解压内核源码并移动到指定位置
下载后得到如下压缩包：
双击此压缩包，打开，右键单击文件夹，选择Extract进行解压
之后需要选择解压目录，我们暂时解压到桌面
之后我们再将源码文件移动至指定目录下面
命令（在Desktop下运行此命令）：
sudo mv linux-4.10.14 /usr/src/
修改源码
首先进入源码文件中的kernel目录
cd /usr/src/linux-4.10.14/kernel
用vim打开文件sys.c，在sys.c中添加一个函数，为了避免这段函数实现被放入到某个预编译命令之中，我们在vim中使用shift+g跳至文件末尾，使用i切换到编辑模式，添加完后使用:wq保存并退出（每一处做完修改都要保存哦，之后不再赘述）。如果打开文件出现权限不够的情况，请在命令的最前面加上sudo（之后碰到这种问题都按此法解决）
包含头文件的地方
#include
函数实现的地方
函数实现代码：
asmlinkage int sys_helloworld(void){
printk(KERN_EMERG “hello JYQ!”) // hello后面是我自己的名字，大家可以随便改（hello改了也行）
return 1;
}
添加函数声明
刚刚只是在sys.c文件里面进行了函数实现，我们还需要在一个名为syscalls.h的头文件里对该函数进行声明
进入如下目录
cd /usr/src/linux-4.10-14/arch/x86/include/asm/
用vim打开syscalls.h进行编辑，加入函数声明
命令如下
vim syscalls.h
函数声明位置
asmlinkage int sys_helloworld(void);
添加系统调用
进入如下目录
cd /usr/src/linux-4.10.14/arch/x86/entry/syscalls/
这里要注意的是，这个路径是针对64位Ubuntu的，如果使用32位Ubuntu进行实验的话，是如下路径（这也是原教程没说明白的地方…两个路径有区别的）：
cd /usr/src/linux-3.10.4/arch/x86/syscalls/
//这里的3.10.4瞎写的，根据实际情况改就行
用vim打开syscall_64.tbl（32位的童鞋请打开syscall_32.tbl）
64位：
vim syscall_64.tbl
如下位置添加系统调用
332 64 helloworld sys_helloworld
这里的332是系统调用的id，可以不一样，但自己要记住，之后有用
后面的64是Linux应用二进制接口的一种类型，剩下的还有common和x32，网上说三个都可以，本人未进行实验（改一下重新编译一下时间成本太高了，有兴趣的童鞋可以试一下）
32位：
vim syscall_32.tbl
编译
首先我们需要安装一些编译内核需要的依赖
请依次执行以下命令
sudo apt-get update
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install libelf-dev
以上的依赖不一定全，由各自的系统情况而定，如果在编译过程中发现缺失，比如我在make modules时，遇到报错
报错中有明显的提示“please install libelf-dev…”，于是去安装这个包即可。大家根据自己的实际情况，遇到缺失再安装也是可以的。
之后执行以下命令
sudo make mrproper
sudo make clean
sudo make menuconfig
实现完全干净的第一次编译
mrproper为清除编译过程中产生的所有中间文件
clean为清除上一次产生的编译中间文件
（如果大家需要重新编译内核请务必执行以上三条指令）
执行完第三条指令后，会出现图形化配置窗口
方向键向下，选择General setup
再方向键向右，选择save
之后选择ok、exit、exit即可
之后就是正式编译啦
我们还需要再做一些预备工作
使用命令
lscpu
查看自己的cpu支持几个线程
以上是我的，线程数为CPU(s) (4)乘上 Thread(s) per core(1)，这里等于4，即支持4线程（实际上我的电脑CPU支持8线程，我也不明白这里怎么回事，而且实测以8线程进行编译的CPU占用率会比4线程进行编译的CPU占用率高百分之20左右）
得到线程数后，就可以开始编译内核啦
sudo make bzImage -j8
-j后面是线程数，大家按各自情况选择，如果一不小心没加-j，推荐还是ctrl+C停止编译，加上-j再编译（单线程速度感人）
如果编译成功（没有报错、warnings一般都可以无视），下一步进行编译模组
sudo make modules -j8
然后就是漫长的等待了（取决于线程数和大家电脑CPU的性能）
编译结束后，依次安装内核模块和内核
sudo make modules_install
sudo make install
(这里相比较原教材省去了很多步骤，经测试make install可以完成之后的拷贝和创建镜像过程，大家不放心的话可以使用原教材的步骤)
原教材步骤（把make install替换成下述命令）：
cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz-4.10.14
cp .config /boot/config-4.10.14
mkinitramfs -o /boot/initrd.img-4.10.14 4.10.14
修改开机启动项
使用如下命令打开要修改的文件
vim /etc/default/grub
将图中选中的这句语句注释掉
将GRUB_TIMEOUT改为一个大于0的数
调用命令更新开机启动项
sudo update-grub
重新启动，选择修改过后的镜像进入系统
输入以下命令
reboot
系统会进行重启，应该会进入镜像选择的界面，如果未进入，原教材的说法是
按下ESC，考虑到教材年代久远，推荐百度
在我的机器上，reboot后进入以下界面
方向键向下，选择Advanced options for Ubuntu，进入如下界面
(大家应该不会和我这一样这么多镜像的，我踩坑踩多了重编译了好几次qwq)
由于之前我们用4.10.14的源码进行编译，所以我们选择Ubuntu,with Linux 4.10.14 进入即可
进入系统后，可以用以下命令查看当前运行的系统的内核版本
uname -r
利用代码对自定义系统调用进行测试
首先用vim新建一个文件
vim sys_helloworld.c
代码如下：
#include
#define _NR_helloworld 332
int main(void){
syscall(_NR_helloworld);
return 0;
}
这里的_NR_helloworld 332中的332即为之前添加的系统调用的id，各位可以按照之前添加的id填写
之后使用gcc进行编译，编译时将编译后的可执行文件命名为sys_helloworld（别的名字也行，这样好记一些）
执行以下命令，打印开机信息
sudo dmesg -c
发现并没有我们自己写的系统调用函数的输出
接下来关闭当前的这个terminal，重新打开一个terminal（玄学，似乎在之前那个窗口里之后的步骤会失败）
执行该可执行文件
./sys_helloworld
再次执行
sudo dmesg -c
成功调用自定义系统调用！