Linux内核分析 -增加系统调用打印进程树

Linux内核分析课程大作业

1 题目

在Linux内核中增加一个系统调用，并编写对应的linux应用程序。利用该系统调用能够遍历系统当前所有进程的任务描述符，并按进程父子关系将这些描述符所对应的进程id（PID）组织成树形结构显示。

2 前置知识概述

在Linux系统中，除了系统启动之后的第一个进程由系统来创建，其余的进程都必须由已存在的进程来创建，新创建的进程叫做子进程，而创建子进程的进程叫做父进程。在系统启动及完成初始化之后，Linux自动创建的进程叫做根进程(pid为0)。根进程是Linux中所有进程的祖宗，其余进程都是根进程的子孙。具有同一个父进程的进程叫做兄弟进程。

Linux内核通过一个被称为进程描述符的task_struct结构体来管理进程，这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中。task_struct结构体的部分内容如图2-2所示。

其中部分字段含义如下:

​ tasks：用来组织所有进程

​ pid: 进程的唯一标识。

​ parent和real_parent: 指向该进程的父进程。

​ children：进程的子进程链表。

​ sibling：进程的兄弟链表。

​ comm：进程正在运行的可执行文件名。

3 设计思路

3.1 设计思路

Linux内核中通过task_struct结构组织进程，task_struct结构中的children字段保存了当前进程的子进程，而所有的Linux进程都有一个共同的祖先进程——根进程。通过从根进程出发，使用深度优先的思想，利用递归即可实现当前Linux系统所有进程遍历。

3.2 实验步骤

（1） Linux 内核源码下载

（2） 修改内核源码

（3） 重新编译内核

（4） 使用新编译的内核

（5） 编写测试代码

4 实验内容

4.1 Linux内核源码下载

（1）查看Ubuntu内核版本

（2）从http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/下载内核源码，为了便于区分自己编译的内核与系统自带的内核，选择下载Linux 4.16.2版本内核，并将下载下来的源码解压到/usr/src目录下。

4.2 修改内核源码

（1）修改/usr/src/linux-4.16.2/kernel/sys.c文件，添加printchildren函数及sys_printAllInfo函数。

（2）修改/usr/src/linux-4.16.2/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl文件添加系统调用号。

（3）修改/usr/src/linux-4.16.2/arch/x86/include/asm/syscalls.h文件添加系统调用函数声明。

4.3 重新编译内核

（1）准备操作，在命令行中执行以下命令

sudo apt-get update

sudo apt-get install libncurses5-dev libssl-dev

sudo apt-get install build-essential openssl

sudo apt-get install zlibc minizip

sudo apt-get install libidn11-dev libidn11

sudo apt-get install flex bison

cd /usr/src/linux-4.16.2

（2）删除部分无用文件

sudo make mrproper

sudo make clean

sudo make menuconfig

（3）编译新内核

sudo make -j4  // j4表示使用4线程编译

（4）安装新内核

sudo make modules_install
sudo make install

4.4 使用新编译的内核

重启ubuntu长按shift键，选择重新编译过的内核进入ubuntu。

4.5 测试代码编写

（1）编写测试文件(test.c)如下：

（2）编译测试代码

gcc test.c -o test.out

5 实验结果

​ 运行test.out 程序，使用dmesg 命令可以看到程序的部分运行结果如下。

6 实验中遇到的问题

问题1：开始时尝试不使用编译内核的办法，打算利用修改内核符号表，达到劫持系统调用来进行实现。由于Linux内核2.6之后不支持内核符号表导出，尝试各种办法寻找系统调用表地址无果，最后选择使用编译内核的办法。

问题2：编译完内核后，执行自己编写的系统调用函数，没有输出信息，经查找，原因为系统装载的内核不是自己重新编译的内核，在重启选择自己编译的内核后得到解决。