Linux内核实验 (内核编译)添加系统调用

操作系统实验作业，顺便记录一下过程
就不具体说一些概念了。

实验目标

通过分析Linux内核源代码和新增一个系统调用的方式，达到对操作系统软件结构及其系统调用实现原理的深入理解，并基本掌握操作系统的改造方法

实验环境

VM虚拟机上搭建的 Ubuntu18.04
编译的内核是 linux4.16.10 版本
可以根据需要去官网下载，给出2个内核版本
linux-4.16.10.tar.xz
inux-4.16.8.tar.gz

实验过程

先安装相关的依赖

sudo apt-get install build-essential 
sudo apt-get install kernel-package  
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install flex 		// flex bsion 防止后面一些报错
sudo apt-get install bison		

解压内核
把下载好的内核移动到/usr/src/上

sudo mv '文件路径'/linux-4.16.10.tar.xz /usr/src/

把下载好的内核解压

cd /usr/src
sudo tar -xvf /usr/src/linux-4.16.10.tar.xz

如果要确定自己的内核版本，可以在终端输入命令

uname -r

进入解压好的内核文件目录中

cd /usr/src/linux-4.16.10/kernel

编写我们的系统调用

打开sys.c文件 (三选一 后面就不都写出来了 都写成gedit 看个人喜好)

sudo gedit sys.c    	gedit只能用在图形界面上
sudo vi sys.c
sudo vim sys.c	

添加一个我们定义的函数作为系统调用(简单示范打印一个hello world)

asmlinkage long sys_helloworld(void){
    printk( "helloworld!");
     return 1;
} 

这里我用的 gedit 打开

添加系统调用声明

cd /usr/src/linux-4.16.10/arch/x86/include/asm/
sudo gedit syscalls.h

添加一个声明

asmlinkage long sys_helloworld(void);

添加系统调用id编号

进入/usr/src/linux-4.16.10/arch/x86/syscalls目录,打开文件syscall_64.tbl

cd /usr/src/linux-4.16.10/arch/x86/entry/syscalls
sudo gedit syscall_64.tbl

添加自己的系统调用号

333  64  helloworld           sys_helloworld

注意，这里查看一下自己是64还是32位的，如果不确定可以在syscall_32.tbl里也添加一下

编译内核

依次输入这四条语句

sudo make mrproper 
sudo make clean 
sudo make menuconfig 
sudo make -j2          (根据自己的线程来设置 4核4线程就-j4 线程越多编译越快)

在sudo make menuconfig 时
有的可能会报错，可能是因为窗口太小显示不了图形界面，建议先把窗口最大化

这里直接save保存就好 然后exit退出
make编译的时间超级漫长，大概2到3个小时 可以挂着去干别的了

注意一下，内存空间是否足够，我一开始没有注意到这些问题，用虚拟机编译到最后，磁盘的空间不够了，忍痛删除了一些东西，释放空间，才最后编译安装完成，大家一定要吸取我的教训，磁盘小的话，先做好备份，转移到大的空间在开始编译。

安装内核

简单执行即可，没什么好说的

sudo make modules_install  
sudo make install  

重启虚拟机或系统

reboot

开机时 一直长按shift进入如下画面
选高级选项

在选定我们的内核进入

中途我出现了这样的问题，卡在这个logo上 就是进不去系统
(如果没有这个问题，直接往下看就行了 忽视)

这个问题困扰了我很久，正常不去但是能进去恢复系统，在网上查询也无果，我认为可能是我编译时出现了问题，前前后后又重新编译了几次，花费不少时间，后来一顿瞎操作就进到内核里了，这里写出来，仅供大家参考
如果出现别的问题也请善用百度，我这里也就提出我实验中发现的问题，如果实在不行可以尝试重新编译或者换一下别的版本的内核。

这里选recovery mode 恢复进入

直接选第一个一直ok就进入了

验证系统调用是否成功

进入到系统，查看一下内核

和我们编译的内核对上了，成功进入

下面编写一个函数，来试试我们自己编写的函数调用

gedit test.c

test.c

#include 
#include 
int main()
{
	syscall(333);		//上面自己定义的系统调用编号
	return 0;
}

编译一下

gcc test.c

因为我们的系统调用函数使用printk打印 会显示在日志上，而不是控制台
我们先清空一下日志 方便观察

sudo dmesg -C	清空日志
dmesg			查看日志

接下来在试试我们自己编写的系统调用吧

成功 调用

实验总结与感受

本来认为是一个简单的小实验，自己上手操作时，会出现各种问题，前前后后也花了不少时间完成，在网上查了不少资料，借鉴大佬的操作流程，站在巨人的肩膀上向前推进。这次实验，新学到了许多关于系统调用的新知识，用户栈到内核栈的转换，系统调用表的查询等。同时，自己也近距离的接触了一下内核，对内核进行一些简单的修改，使高深莫测的内核，变得不再那么遥不可及，熟悉linux的同时，也提升了自己的调试能力和自己的耐心，完成了这个实验。