Linux内核编程实战经验谈

作者：李艳彬   

当前，在国产自主版权的操作系统这面大旗的倡导下，IT界掀起了一浪高过一浪的Linux编程热潮。Linux以其源码开放、配置灵活等不可多得的优越性吸引着越来越多的编程爱好者深入Linux的内核开发。笔者近来实践过一个Linux的实时化改造课题任务，积累了一点Linux内核编程的实战经验，在这里想就编译内核、增加系统调用等方面的问题和感兴趣的爱好者共做切磋。  
编译内核  
在Linux编程的实践中，经常会遇到编译内核的问题。为什么要编译内核呢？其一，可以定制内核模块。Linux引入了“动态载入模块”的概念，使用户可以把驱动程序以及非必要的内核功能代码编译成“模块”，由系统在需要时动态载入，不需要时自动卸载，从而提高了系统的效率和灵活性。其二，可以定制系统功能。当添加某种设备时、增加系统功能时、系统暴露出缺陷需要打“补丁”时，当新版内核出现准备用来升级时，编译内核是不可避免的。而且，编译内核正是Linux独有的“系统级DIY”的魅力所在！  
好，现在就让我们一起开始——编译内核！  
（1）安装源码  
首先要确定自己Linux系统是否已安装了内核源码：  
# rpm -q kernel-source  
kernel_source-2.2.5-16  
如果证实没有安装，则需要找来安装盘或从网上下载kernel-source-2.2.5-15.i386.rpm并安装：  
# rpm -Uhv kernel-source-2.2.5-15.i386.rpm  
如果是升级到新版本，则需要找来升级包（linux-2.2.16.tar.gz），自己解压安装：  
# cd /usr/src  
进入源码目录。  
# rm -rf linux  
删除以前的链接。  
# tar xzvf linux-2.2.16.tar.gz  
解压升级包。  
# ln -s linux-2.2.16 linux  
重建目录链接。  
（2）配置内核  
进入内核源码所在目录：  
# cd /usr/src/linux  
先清除多余的（一般是以前编译生成的）文件：  
# make mrproper  
开始配置内核（如果对各选项不是很熟悉的话，建议按回车键）：  
# make config  
（3）编译内核  
清除以前生成的目标文件及其他文件：  
# make clean  
理顺各文件之间的依存关系：  
# make dep  
编译压缩的内核：  
# make bzImage  
编译模块：  
# make modules-install  
（4）装新内核  
将新内核文件复制到用于存放启动文件的 /boot目录：  
# cp /usr/src/linux/System.map /boot/System.new  
# cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz.new  
进入启动目录：  
# cd /boot  
给新内核建立链接：  
# rm System.map  
# ln -s System.new System.map  
# rm vmlinuz  
# ln -s vmlinuz.new vmlinuz  
编辑LILO的配置文件/etc/lilo.conf ，使LILO能启动新内核：  
# vi /etc/lilo.conf  
在文件末加入以下部分：（后两行内容要与旧内核相应行保持一致）  
image=/boot/vmlinuz.new  
lable=new  
root=/dev/hda3  
read-only  
重写LILO的启动扇区，使改动生效：  
# lilo  
（5）重启系统  
# reboot  
当重启后出现 lilo: 提示时输入新内核的标号（按TAB键可显示所有的标号）：  
lilo: new  
OK！！boot new......  
.....  
一切运行正常，新内核引导成功！  
以上步骤在pentium Ⅲ/64M/20G、Red Hat Linux 6.0（2.2.5-15）机上测试通过。  
增加系统调用  
在实际编程中，尤其是当我们需要增加或完善系统功能的时候，我们经常会用到系统调用函数。系统调用函数通常由用户进程在用户态下调用，内核通过system_call 函数响应系统调用产生的软中断，在正确访问核心栈、系统调用开关表之后陷入到操作系统内核中进行处理。  
系统调用是用户进程由用户态切换到核心态的一种常见方式。利用编写系统调用函数来直接调用了部分操作系统内核代码，也是Linux内核编程者必修之功。下面笔者以在Linux中创建一个名为print_info的系统调用函数为例，来说明如何为内核增加系统调用。  
需要以下几个基本步骤：  
1、编写系统调用函数  
编辑sys.c文件：  
# cd /usr/src/linux/kernel  
# vi sys.c  
在文件的最后增加一个系统调用函数：  
asmlinkage int sys_print_info(int testflag)  
{  
printk(" Its my syscall function!n");  
return 0;  
}  
该函数有一个int型入口参数testflag,并返回整数0。  
2、修改与系统调用号相关的文件  
编辑入口表文件：  
# cd /usr/src/linux/arch/i386/kernel  
# vi entry.S  
把函数的入口地址加到sys_call_table表中：  
arch/i386/kernel/entry.S中的最后几行源代码修改前为：  
......  
.long SYMBOL_NAME(sys_sendfile)  
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams1 */  
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams2 */  
.long SYMBOL_NAME(sys_vfork) /* 190 */  
rept NR_syscalls-190  
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)  
.endr  
修改后为：  
......  
.long SYMBOL_NAME(sys_sendfile)  
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams1 */  
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams2 */  
.long SYMBOL_NAME(sys_vfork) /* 190 */  
.long SYMBOL_NAME(sys_print_info) /* added by I */  
.rept NR_syscalls-191  
.endr  
修改相应的头文件：  
# cd /usr/src/linux/include/asm  
# vi unistd.h  
把增加的sys_call_table表项所对应的向量，在include/asm/unistd.h中进行必要申明，以供用户进程和其他系统进程查询或调用。  
#define __NR_putpmsg 189  
#define __NR_vfork 190  
#define __NR_print_info 191 /* added by I */  
3、编译内核，再重启动  
4、测试  
编写用户测试程序（test.c）：  
# vi test.c  
#include  
#include  
extern int errno;  
_syscall1(int,print_info,int,testflag)  
main()  
{  
int i;  
i= print_info(0);  
if(i==0)  
printf("i=%d , syscall success!n",i);  
}  
如果要在用户程序中使用系统调用函数，那么在主函数main前必须申明调用_syscall，其中1 表示该系统调用只有一个入口参数，第一个int 表示系统调用的返回值为整型，print_info为系统调用函数名，第二个int 表示入口参数的类型为整型，testflag为入口参数名。  
编译测试程序：  
# gcc -o test test.c  
执行测试程序：  
# ./test  
Its my syscall function!  
i=0, syscall success!  
ok!!!增加系统调用函数成功！  
以上步骤在pentium Ⅲ/64M/20G、Red Hat Linux 6.0（2.2.5-15）机上测试通过。