操作系统实验：添加系统调用修改主机名(hostname)
实验环境配置
Ubuntu18.04.5，Linux内核：5.9.6，VMware Workstation Pro，内存：4G，CPU：4x1=4核，外存：128G。
ubuntu安装、内核源码下载及环境配置参考我的另一篇博客 虚拟机安装Ubuntu18.04
实验目的
添加一个系统调用改变主机名称为自定义字符串
提示：参考/etc/hostname文件内容
其实就是把sys.c文件里的sethostname函数复制过来然后删除一个if语句
解压下载好的linux内核源码
作为自由软件，Linux 内核版本不断更新，新内核会修订旧内核的 bug，并增加若干新特性，如支持更多的硬件、具备更好的系统管理能力、运行速度更快、更稳定等。实验中所用的是5.9.6版本内核。
将下载的新内核压缩文件复制到/home 或其他比较空闲的目录中，然后进入压缩文件所在子目录，打开终端，输入"sudo su"，回车，输入密码，以root身份运行，然后分两步解压缩：
（1）xz -d linux-5.9.6.tar.xz
大概执行 1 分钟左右，中间没有任何信息显示。
（2）tar –xvf linux-5.9.6.tar
添加系统调用的步骤
进入解压后的linux-5.9.6文件中，打开终端，输入"sudo su"，回车，输入密码，以root身份运行。
1.分配系统调用号，修改系统调用表
vim ./arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl
下图，是我添加的335调用号，64和common不用深究，调用号，在末尾累加。
2.声明系统调用服务例程原型
Linux 系统调用服务例程的原型声明在文件 linux5.9.6/include/linux/syscalls.h 中，可在文件中添加如图 ：
vim ./include/linux/syscalls.h
也可以打开vscode，打开syscalls.h文件直接修改
和"sys_sethostname"除了名字其他一模一样。
3.实现系统调用服务例程
下面为新的系统调用 magichostname 编写服务例程 sys_magichostname，通常添加在 sys.c 文件中（我放到了它的母体函数sethostname下面），其完整路径为：linux-5.9.6/kernel/sys.c：
vim ./kernel/sys.c
也可以在vscode中直接复制粘贴修改，更加方便，具体代码为：
SYSCALL_DEFINE2(magichostname, char __user *, name, int, len)
{
int errno;
char tmp[__NEW_UTS_LEN];
if (len < 0 || len > __NEW_UTS_LEN)
return -EINVAL;
errno = -EFAULT;
if (!copy_from_user(tmp, name, len)) {
struct new_utsname *u;
down_write(&uts_sem);
u = utsname();
memcpy(u->nodename, tmp, len);
memset(u->nodename + len, 0, sizeof(u->nodename) - len);
errno = 0;
uts_proc_notify(UTS_PROC_HOSTNAME);
up_write(&uts_sem);
}
return errno;
}
DEFINE2表示这个函数有两个参数，下面是sethostname函数的代码，能发现它们之间差的if语句在哪吗？
SYSCALL_DEFINE2(sethostname, char __user *, name, int, len)
{
int errno;
char tmp[__NEW_UTS_LEN]; //__NEW_UTS_LEN=64
if (!ns_capable(current->nsproxy->uts_ns->user_ns, CAP_SYS_ADMIN)) //首先检查当前进程是否拥有CAP_SYS_ADMIN的授权
return -EPERM;
if (len < 0 || len > __NEW_UTS_LEN)
return -EINVAL;
errno = -EFAULT;
if (!copy_from_user(tmp, name, len)) { //copy_from_user将name指向的字符串从用户空间拷贝到内核空间，失败返回没有被拷贝的字节数，成功返回0
struct new_utsname *u;
down_write(&uts_sem); //写者使用该函数来得到读写信号量sem，它会导致调用者睡眠，只能在进程上下文使用,用于获取Linux内核读写信号量中的写锁
u = utsname(); //获取当前内核名称和其它信息，成功执行时，返回0。失败返回-1，errno被设为EFAULT，表示buf无效。
memcpy(u->nodename, tmp, len); //从源内存地址的起始位置开始拷贝若干个字节到目标内存地址中
memset(u->nodename + len, 0, sizeof(u->nodename) - len);
errno = 0;
uts_proc_notify(UTS_PROC_HOSTNAME); //使用UTS namespace隔离hostname
up_write(&uts_sem); //释放写锁
}
return errno;
}
重新编译内核
上面三个步骤已经完成添加一个新系统调用的所有工作，但是要让这个系统调用真正在内核中运行起来，还需要重新编译内核。
1、预先安装一些辅助工具包，如果没有编译过程中会出错：
apt-get install make
apt-get install libncurses5-dev
apt-get install libssl-dev
apt-get install bison
apt-get install flex
apt-get install pkg-config
2、清除残留的.config 和.o 文件
在开始完全重新编译之前，需要清除残留的.config 和.o 文件，后续如果编译过程中出现错误，再次开始完全重新编译之前也需要如此清理。方法是进入 linux-5.9.6 子目录，执行以下命令：
make mrproper
3、配置内核
make menuconfig
在出现的页面下方中选择"Save"，一路回车，然后选择"Exit"退出。
4、编译内核，生成启动映像文件
内核配置完成后，执行 make 命令开始编译内核，如果编译成功，则生成 Linux 启动映像文件 bzImage（位于./arch/x86_64/boot/bzImage）：
make
可使用 make -j2（双核 CPU）或 make -j4（4 核 CPU）来加快编译速度。编译过程中，可能会出现一些错误，通常都是因为缺少某个库，一般根据相应的错误提示，安装相应的包即可，然后重新编译。
我的虚拟机是4核的，所以我用如下命令：
make -j4
下面的所有指令都可添加"-j4" 来加快速度。
5、编译模块
make modules -j4
6、安装内核
安装模块：make modules_install
安装内核：make install
7、配置 grub 引导程序
update-grub2
该命令会自动修改 grub
8、重启系统
reboot -n
9、将使用新内核启动 linux，启动完成后进入终端查看内核版本
uname -a
编写用户态程序测试新系统调用
1、编写测试C程序验证上述添加的系统调用：
我把ubuntu改成了Harmony(鸿蒙)！
2、编译程序
我的C程序名是"test.c"
gcc -o test test.c
3、执行程序
./test
然后重新打开终端，就会发现主机名修改成功！
4、运行效果
还有一个不需要syscall也能改主机名的方法！！！
直接上代码
#define _GNU_SOURCE
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define STACK_SIZE (1024 * 1024)
static char magic_stack[STACK_SIZE];
char* const magic_args[] = {"/bin/bash", NULL};
int magic_main(void* arg){
printf("Accept!\n");
sethostname("Harmony", 7);
execv(magic_args[0], magic_args);
printf("Wrong Answer!\n");
return 1;
}
int main(int argc, char **argv){
printf("It's time to witness the miracle !\n"); //见证奇迹的时刻到了！
int magic_pid = clone(magic_main, magic_stack + STACK_SIZE, CLONE_NEWUTS | SIGCHLD, NULL);
waitpid(magic_pid, NULL, 0);
return 0;
}
效果图
