syscall

系统调用其实就是函数调用,只不过调用的是内核态的函数,但是我们知道,用户态是不能随意调用内核态的函数的,所以采用软中断的方式从用户态陷入到内核态.在内核中通过软中断 0x80 让操作系统跳转到一个预设好的内核空间地址,它指向了系统调用处理程序(不要和系统调用服务例程混淆),这里指的是在entry.S文件中的system_call函数.就是说,所有的系统调用都会统一跳转到这个地址执行system_call函数,那么system_call函数如何派发它们到各自的服务例程呢?

我们知道每个系统调用都有一个系统调用号.同时,内核中一个有一个 system_call_table 数组,它是个函数指针数组,每个函数指针都指向了系统调用的服务例程.这个系统调用号是 system_call_table 的下标,用来指明到底要执行哪个系统调用.当int 0x80的软中断执行时,系统调用号会被放进eax寄存器中,system_call函数可以读取eax寄存器获得系统调用号,将其乘以4得到偏移地址,以 sys_call_table为基地址,基地址加上偏移地址就是应该执行的系统调用服务例程的地址.

添加系统调用

为内核添加一个新的 x86_64 的系统调用, 并不复杂, 大致分为如下几步

分配系统调用号

在 arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl 中添加一个没有使用过的 sysid(456)

451 common  cachestat       sys_cachestat
452 common  fchmodat2       sys_fchmodat2
453 64  map_shadow_stack    sys_map_shadow_stack
+ 456 common    mycall          sys_mycall

该文件添加的是格式为 <number> <abi> <name> <entry point> 其中 abi 可以选 common/64/32, 这里默认 common 即可

后面的 mycall 和 sys_mycall 分别是用户访问的系统调用名字和内核中实现的系统调用的名字

声明系统调用

在 include/linux/syscalls.h 中添加如下函数声明:

long sys_mycall(int number);

添加系统调用函数定义

在 kernel/sys.c 中添加如下代码

#define SYSCALL_DEFINE1() // 一个宏, 暂时不去看

SYSCALL_DEFINE1(mycall, int, number)
{
    printk("my syscall has been called with number %d\n", number);
    return 0;
}

关于 SYSCALL_DEFINE 这个系统宏后文介绍

笔者定义了一个简单的输出一句话的系统调用,在这里使用了内核态的printk()函数,输出的信息可以使用dmesg进行查看

重新编译内核

测试系统调用

编写一个简单的调用函数, 使用 syscall 直接传输自定义的系统调用号(456), 和一个给 number 的参数 100

#include <unistd.h>

#define SYSCALL_ID 456

int main(void)
{
    syscall(SYSCALL_ID, 100);
    return 0;
}

编译打包进镜像然后执行, 可以看到成功调用

~ $ ./bin/a
[   19.161976] my syscall has been called with number 100
zood