• 1、熟悉Linux编译内核的过程和方法
• 2.熟悉系统调用的流程

本实验由两部分组成。 第一部分仅仅要求编译一个干净的内核且加载成功，并不需要对内核修改。 第二部分是修改编译成功的核心，为用户提供新的系统调用，扩大系统服务。 实现系统调用psta，获取过程中的一些信息。原型如下：int psta(struct pinfo *buf); 参数buf用于存储过程信息的缓冲区。 pinfo定义如下:

struct pinfo { 
         int nice;/*进程的nice值*/ pid_t pid;/*进程ID*/ uid_t uid;/*用户的过程所有者ID*/ };  

系统调用成功时返回值为0，系统调用失败时返回错误码EFAULT，表示 buf 指向非法地址空间。误码定义见核头文件asm-generic/errno和asm-generic/errno-base.h。

1. VMware
2. Fedora7

首先，我们应该决定编译哪个版本的核心。一般来说，待编译的核心版本（以下所称新核心）不低于当前正在运行的核心版本。如果两个版本之间的差距很大，则可能需要更新 gcc，binutils和 modutils编译工具等。我们只需要采用Linux发行版对应的内核版本可以使所有内核编译工具现成，无需更新，无疑减少了不必要的麻烦。首先查看当前环境下的核版本号:  可以看出，本机内核版本号为2.6.23.17，在http://www.kernel/org/pub/linux/kernel/v2.6下载相应的内核压缩包。 本实验采用2.6.21.tar.gz，下载到桌面后，移动到/usr/src,并解压。   解压完成后，进入目录观察：  

Linux.核心代码非常大，适用于许多系统结构，包括大量的驱动程序。用户在生成核心时应根据实际情况进行配置。所有配置都将保存在核心代码树的顶级目录中.config 在配置文件中。在核编译过程中，生成正确的配置文件是至关重要的一步。 配置文件可以从零开始生成，但没有必要。由于目前正在运行的核心已经有了相应的配置文件，该文件在/boot在目录中，使用它作为新内核配置文件的模板无疑是更好的方法。因此，我们将配置文件复制到/usr/src/linux-2.6.21.7目录下，命令如下：

make mrproper cp /boot/config-`uname -r` ./.config  

介绍：`uname -r` 

uname 可显示电脑以及操作系统的相关信息。 -r或–release 显示操作系统的发行编号。 方便我们进入相关目录。 第一个命令make mrproper用来保证内核树干净。如果内核树已经编译，则该命令有效。如果内核树是第一次编译，则可以省略该命令。  虽然现在有了模板，但是.config文件的配置不一定包括新内核的所有编译选项(因为新内核可能是更新版本，比如2.6.可使用以下命令：

make oldconfig 

 该命令读取.config文件并根据新内核版本更新它。具体过程是这样的，该命令输出新内核所有的配置项，如果配置项已经在.config中有设置，则输出设置值;如果是新项，程序会停下来要求用户输入设置值，值的具体含义见附录C。用户输入值后程序继续运行直到所有配置项处理完毕。用户也可以使用如下命令:

make silentoldconfig

该命令的功能和“make oldconfig”相似，不过它不输出信息，除非是新选项需要用户输入的时候。到现在为止，生成的.config 文件就可以使用了，进入第3步。 

在编译内核之前，还可以定义用户自己的内核版本号,这样做是为了便于识别。在内核代码树的根目录下有文件Makefile  在编译内核之前，还可以定义用户自己的内核版本号，这样做是为了便于识别。在内核代码树的根目录下有文件Makefile，它的前4行是:

VERSION =2
PATCHLEVEL=6
SUBLEVEL =21
EXTRAVERSION = 

把第4行改成EXTRAVERSION = .7-ywl，这样新内核版本号就是2.6.21.7-ywl。  ​

然后执行下面三个命令:

make all
make modules_install
make install

make all将生成期望的内核映像及模块    make modules_install将安装模块到“默认目录/lib/modules/<内核版本号>”下面。  make install最终将内核映像等几个文件复制到“/boot”目录,并修改引导程序的配置以启用该新内核。  ​

​

如果上述三个命令均执行成功，可以观察到引导程序grub的配置文件/boot/grub/menu.Ist的文件内容:  为了以后能直接操作菜单，把 hiddenmenu那一行注释掉（行的最前面加一个“#”字符即可）或删除，为了方便反应，我将菜单出现的时间调整为20。  重启，启动新内核 

发现新内核在其中，选择并启用   启动完毕，正常打开 

在文件 arch/i386/kernel/syscall_table.S 的尾部加上要新增的系统调用函数名称，如阴影行所示，注释中320表示它的系统调用号。 进入目录：  打开文件：  进行修改 ​


#ifndef _LINUX_PSTA_H
#define _LINUX_PSTA_H
struct pinfo
{ 
        
	int nice;
	pid_t pid;
	uid_t uid;
};
#endif


在该文件中实现sys_psta函数

#include <linux/linkage.h>
#include <linux/psta.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>

asmlinkage int sys_psta( struct pinfo* buf)
{ 
        
	buf->pid=current->pid;
	buf->uid=current->uid;
	buf->nice=10;
	return 0; 
}

宏asmlinkage定义在文件 linux/linkage.h中，表示函数的参数通过栈传递，而不是通过寄存器，所有系统调用都遵循这种参数传递方式。 sys_psta的实现非常简单，无非就是把task_struct结构中的几个成员复制到用户态空间。值得一提的是，nice表示进程的优先级，取值范围为[-20，19]，数值越低表示优先级越高。内核没有直接存储nice值，而是通过一个简单的变换后将它存放在 task_struct结构的static_prio成员中。两者之间的转换关系见下面几个宏(位于文件 kernel/sched.c中)，其中MAX_RT_PRIO值为100。

#define NICE_TO_PRIO(nice) (MAX_RT_PRIO +(nice)+ 20)
#define PRIO_TO_NICE(prio) ((prio) - MAX_RT_PRIO - 20)
#define TASK_NICE(p) PRIO_TO_NICE((p)->static_prio)

使psta.c能在内核编译时可见。Makefile 中有如下一行:

obj-y= sched.o fork.o exec_domain.o panic.o printk.o profile.o\

添加psta.o到该行中:

obj-y = psta.o sched.o fork.o exec_domain.o panic.o printk.o profile.o\

  值得说明的是,第2步中sys_psta的实现不一定要放在一个新文件中,例如文件kernel/sys.c也许就是添加sys_psta系统调用的合适位置，这样第3步就没有必要了。 ​

在include/asm-i386/unistd.h里面加上系统调用号的宏定义，在该文件中有如下几行:

#define_NR_epoll_pwait319
#ifdef _KERNEL__
#define NR_syscalls 320

可以看到，按照惯例系统调用号的宏名以“_NR_”开头，而其后跟着的数值则是系统调用号。此外，NR_syscalls表示的值应该是最大的系统调用号加一。所以修改后的内容如下:   

加上函数sys_psta的声明。在该文件的首部添加一行: #include <linux/psta.h> 在该文件的最后一行“#endif”之前添加一行: asmlinkage int sys_psta(struct pinfo *buf);   

这里特别要提醒初学者， 因为我们已经有了正确的.config，最好备份一份到别的目录下以防被删除。上一次编译内核时已经在内核目录下生成了许多中间文件，所以本次编译内核之前要删除这些文件。这可以使用如下命令:

make mrproper

该命令连.config文件都会删除,所以等命令执行完后需要把备份的.config文件复制回来，然后执行前面的第3步就可以了。因为新内核包含了用户自己的代码,所以很可能会在“ makeall”时因编译出错而停止，根据错误提示信息修改错误后，可以重复本步骤。 清空上次编译的中间文件:  ​

​

​

 ​

调用系统函数输出hello， 操作与之前一样： ​

测试程序：

#include<unistd.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<assert.h>
#include<errno.h>

struct pinfo
{ 
        
	int nice;
	pid_t pid;
	uid_t uid;
};

int main(void)
{ 
        
	assert(6==syscall(__NR_write,1,"hello",6));
	return 0;
}

运行图：  

添加的系统调用会输出hello world， 操作与之前一样： 头文件：

#ifndef _LINUX_PSTA_H
#define _LINUX_PSTA_H
struct pinfo
{ 
        
	int nice;
	pid_t pid;
	uid_t uid;
};
#endif

.c文件

#include <linux/linkage.h>
#include <linux/psta.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>

asmlinkage int psta( struct pinfo* buf)
{ 
        
	//buf->pid=current->pid;
	//buf->uid=current->uid;
	//buf->nice=10;
    printf("hello world");
	return 0; 
}

测试程序：

#include<unistd.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<assert.h>
#include<errno.h>

struct pinfo
{ 
        
	int nice;
	pid_t pid;
	uid_t uid;
};

int main(void)
{ 
        
	struct pinfo info;
	int ret;
	ret=syscall(320,&info);
	return 0;
}

运行图：

​

实现系统调用psta，获取进程的若干信息。 实验代码： 头文件与之前相同 .c文件

#include <linux/linkage.h>
#include <linux/psta.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>

asmlinkage int sys_psta( struct pinfo* buf)
{ 
        
	buf->pid=current->pid;
	buf->uid=current->uid;
	buf->nice=10;
	return 0; 
}

测试程序：

#include<unistd.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<assert.h>
#include<error.h>
#include<stdio.h>

struct pinfo{ 
        
	int nice;
	pid_t pid;
	uid_t uid;
};

int main(void)
{ 
        
	struct pinfo info;
	int ret;
	ret=syscall(320,&info);
	printf("%d\n%d\n%d\n",info.pid,info.uid,info.nice);
	return 0;

}

运行图：    测试结果如下：  至此实验结束.

这是操作系统的最后一次必选实验了，通过这次实验课我对操作系统的了解更深刻一步，在前几次的基础上我掌握了Linux文件系统的基本原理、结构和实现方法，并且掌握了Linux文件系统中文件的建立、打开、读/写、执行、属性等系统调用的使用，学会设计简单的文件系统并实现一组操作。学会利用系统调用完自己需要的功能。但还有很多需要改进的地方，比如写入文件的大小限制，还有容错性检验等等，还有很多不足之处。