linux内核编译及添加系统调用(详细版)
linux内核编译及添加系统调用
注：文章共四部分，分别是
1、编译更换内核
2、添加一个简单系统系统调用
3、添加读取/修改nice值的系统调用
4、自己设计简单（真的简单）系统调用
注：四个部分结构相似，请根据自身需求自行选择观看。（ps有点唠叨的，但也比较完整），不同内核环境会有差别，使用不同版本可能会产生非预期的错误，如有错误欢迎评论区指出。
相关资源
相关资源：
1、kernel内核源码
https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/include
2、Linux系统版本：Ubuntu16.04
清华源镜像：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-releases/16.04/
3、预安装内核linux-4.16.1
清华源镜像：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v4.x/linux-4.16.1.tar.xz
(一)、下载新内核并编译、更换：
第一步：下载解压,进入文件夹
#wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.16.1.tar.xz
(或者手动下载压缩包解压)
#xz –d linux-4.16.1.tar.xz
#tar –xvf linux-4.16.1.tar
#cd linux-4.16.1
第二步 ：清楚残留的 .config和 .o文件（每次编译出错或者重新编译最好都清理，不清理很占内存）
#make mrproper
报错提醒安装ncurses，重新执行make mrproper
#apt-get install libncurses5-dev
第三步：配置内核
#make menuconfig
根据报错提示安装组件，缺啥装啥
#sudo apt install build-essential //安装make和gcc等
#apt-get install libncurses5-dev //安装ncurses-devel
#sudo apt-get install flex //安装flex
#sudo apt-get install bison //安装bison
没有报错后再执行
#make menuconfig
出现配置的对话框，直接保存（save），文件名也默认.config, 退出。
第四步：编译内核，生成启动映像文件
#make -j4 //-j4是用于加快编译速度。这里我是4核
报错提示要openssl，安装完再次执行命令即可
#apt-get install libssl-dev
第五步：编译模块
这一步要好久（2-3小时，可能虚拟机配置太低吧）。。。。睡一觉回来就好了
#make modules
第六步：安装内核、模块
安装模块：# make modules_install
安装内核：#make install
第七步：配置 grub 引导程序
只需要执行如下命令：该命令会自动修改 grub
#update-grub2
最后一步重启：
#reboot -n
查看内核版本
#uname -a
成功更换内核！
(二)、添加简单系统调用
系统调用表
- 用于关联系统调用号及其相对应的服务历程入口地址。例如系统调用read在系统调用表中结构如下
| 系统调用号 | 32/64/common | 系统调用名称 | 服务例程入口 |
|---|---|---|---|
| 0 | common | read | sys_read（这里不同内核版本格式有所不同） |
path: /arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl(32位系统是syscall_32.tbl)
第一步：修改源程序
#cd linux-4.16.1 //进入linux解压包（我下的版本是4.16.1）
#vim arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl //进入该文件分配系统调用号 （注意别写在最后面，x64的系统调用共300多行，注意别写到后半部分的x32那一块里面）
#vim include/linux/syscalls.h 进入该文件，添加服务例程的原型声明（shift+g快速跳到最后一行）
vim kernel/sys.c 实现系统调用服务例程
SYSCALL_DEFINE后的数字代表参数个数，这里0个参数（void）
第二步：编译安装内核
1. #make menuconfig 配置内核
2. #make –j2 编译内核
3. #make modules 编译模块
4. #make modules_install 和 make install 安装模块和安装内核
5. #update-grub2（好像虚拟机不需要这一步）
6. #reboot –n 立即重启
第三步：新系统调用测试
这里编写一个test.c文件来测试（文件存放位置可以任意）
#vim test.c
编译
gcc test.c -o test //-o test指定编译输出文件名为test
执行文件
./test
查看信息
dmesg
可见系统调用成功执行
(三)、添加API对指定进程的 nice 值的读取功能
注：nice值表示进程可被执行的优先级的修正数值,加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice。这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行。
修改源程序
添加系统调用
添加系统调用函数声明
系统调用函数具体代码实现
代码相关介绍
pid：进程ID
flag：等于1表示修改，等于0表示读取
nicevalue：为指定进程设置新的nice值
prio，nice：指向进程当前优先级prio及nice值
copy_to_user函数则是从内核空间拷贝内容到用户空间，用户空间的进程无法直接访问内核空间的内容。
static inline int task_nice(const struct task_struct *p)
用于获取当前task的nice值，并返回nice值，nice值的范围是[ -20 ... 0 ... 19 ]
其使用的例程如下：
void set_user_nice(struct task_struct *p, long nice)
{
bool queued, running;
int old_prio, delta;
struct rq_flags rf;
struct rq *rq;
if (task_nice(p) == nice || nice < MIN_NICE || nice > MAX_NICE)
return;
}
return -EFAULT代表返回一个错误代码；
pid_t 其实就是__pid_t类型。
#ifndef __pid_t_defined
typedef __pid_t pid_t;
define __pid_t_defined
#endif
编译安装内核
1. #make menuconfig 配置内核
2. #make –j2 编译内核
3. #make modules 编译模块
4. #make modules_install 和 make install 安装模块和安装内核
5. #update-grub2（好像虚拟机不需要这一步）
6. #reboot –n 立即重启
编写测试程序：
#vim test-nice.c //在哪创建没有特别要求
#gcc nice-test.c -o nice-test //编译，格式gcc -o <输出文件的文件名>
#./nice-test //执行所生成的文件
#dmesg //查看信息
(四)、自己设计系统调用
CONFIG_NR_CPUS是内核被配置支持的CPU个数，而实际设备的CPU个数是在系统启动过程当中去动态监测的。也就是说你配置系统支持32个CPU那么CONFIG_NR_CPUS就等于32，而num_online_cpus()则是当前设备激活可调度的CPU个数。
利用内核函数：
由于大致流程与前面相似，这里便不再详述
分配系统调用号（335）
添加服务例程原型声明
实现系统调用服务例程
编译安装
- #make mrproper
- #make -j4
- #make modules
- #make modules_install
- #make install
- #reboot -n
编写测试程序
编译执行后, dmesg查看信息，如图
end