内核模块化编程解读.doc

一、实验目的 学习Linux内核的系统调用，理解、掌握Linux系统调用的实现框架、用户界面、参数传递、进入/返回过程。阅读Linux内核源代码，通过添加一个简单的系统调用实验，进一步理解Linux操作系统处理系统调用的统一流程。 二、设备环境 Linux环境：utuntu14.04，内核linux 3.19.0-49-generic 三、实验内容 利用内核模块在现有的系统中添加一个不用传递参数的系统调用。这个系统调用的功能是实现遍历进程并打印进程树。 1、模块 模块是内核的一部分，但是并没有被编译到内核里面去。它们被分别编译并连接成一组目标文件，这些文件能被插入到正在运行的内核，或者从正在运行的内核中移走。内核模块至少必须有2个函数：int_module和cleanup_module。第一个函数是在把模块插入内核时调用的;第二个函数则在删除该模块时调用。由于内核模块是内核的一部分，所以能访问所有内核资源。根据对linux系统调用机制的分析,如果要增加系统调用，可以编写自己的函数来实现，然后在sys_call_table表中增加一项，使该项中的指针指向自己编写的函数，就可以实现系统调用。 2、系统调用相关的数据结构 函数名以“sys_”开头，后跟该系统调用的名字。例如，系统调用fork()的响应函数是sys_fork()(见Kernel/fork.c),exit()的响应函数是sys_exit()(见kernel/fork.c)。文件include/asm/unisted.h为每个系统调用规定了唯一的编号。假设用name表示系统调用的名称，那么系统调用号与系统调用响应函数的关系是：以系统调用号_NR_name作为下标，可找出系统调用表sys_call_table中对应表项的内容，它正好是该系统调用的响应函数sys_name的入口地址。系统调用表sys_call_table记录了各sys_name函数在表中的位 置，共190项。有了这张表，就很容易根据特定系统调用在表中的偏移量，找到对应的系统调用响应函数的入口地址。系统调用表共256项，余下的项是可供用户自己添加的系统调用空间。 3、task_struct数据结构 task_struct是linux进程描述符的数据结构，其定义位置在include/linux/sched.h，其信息组成包括： 进程状态信息(state, flags,ptrace) 调度信息(static_prio,normal_proi, run_list, array, policy) 内存管理(mm, active_mm) 进程状态位信息(binfmt,exit_state, exit_code, exit_signal) 身份信息(pid, tgid, uid,suid, fsuid, gid, egid, sgid, fsgid) 家族信息(real_parent, parent,children, sibling) 进程耗间信息(realtime, utime,stime, starttime) 时钟信息(it_prof_expires,it_virt_expires, it_sched_expires) 文件系统信息(link_count, fs,files) IPC信息(sysvsem, signal, sighand, blocked, sigmask, pending) 本次实验所要用到的是其家族信息parent，children，sibling。children，sibling都是list_head结构的变量，list_head其实是一个简单的双向循环链表结构，其结构定义为： struct list_head *next,*prev; }; list_entry(ptr,type,member) : 如果type结构中member的地址是ptr,则返回type结构的地址) 5、实验主要内容 ⑴ 添加系统调用的名字碑并添加系统调用号 ⑵ 在系统调用表中添加相应表项 ⑶ 编写内核调用模块 ⑷ 使用内核模块加载模块程序 ⑸ 实现sys_mycall() ⑹ 编写用户态程序测试 四、程序模块 程序一共分为三大模块，分别为初始化模块、结束模块、内核模块插入和打印进程树模块。三个模块结合可打印出系统当下的所有进程。 初始化模块包括：init_syscall(void)和clear_and_return_cr0(void)。主要用途是修改sys_call_table表首地址的只读状态和现场保护。Sys_call_table首地址属性是只读，因此修改之使其可以通过系统调用号获取系统调用程序的地址，在修改完成后恢复sys_call_table首地址的只读属性。现场保护是预存被使用服务号的原来所对应的系统调