操作系统实验二：新增系统调用

一、实验内容

1.阅读并分析Linux内核源码，深入了解Linux内核中系统调用内部数据结构；
2.编写一个新系统调用的响应函数，函数的名称和功能由实验者自行定义；
3.将新的系统调用函数嵌入到Linux内核中；
4.编写应用程序以测试新的系统调用并输出测试结果。

 

二、实验目的

1.熟悉Linux系统调用；

2.深入了解Linux操作系统中系统调用的实现机制和执行过程。

 

三、设计思路和流程图

新增的系统调用可以自行定义，比如我增加一个选择排序的系统调用。

新增系统调用 select_sort ，用于对数组进行选择排序，对应的系统调用函数为 sys_select_sort 。

1.设置新增系统调用的名称及编号

修改文件 arch/i386/kernel/syscall_table.S 

2.设置系统调用的具体内容

因为我新增的函数没有用到头文件，所以没有添加头文件。后面的实验如果需要，可在include/linux目录下添加。

在kernel目录下新建文件 select_sort.c ，实现函数 sys_select_sort 。

宏asmlinkage定义在linux/linkage.h中，表示函数的参数通过栈传递，而不是寄存器，所有的系统调用都遵循这种参数传递方式。

3.使该系统调用在编译时可见

修改文件kernel/Makefile

4.加上系统调用号的宏定义

修改文件include/asm-i386/unistd.h

注意：NR_syscalls表示的值应该是最大的系统调用号加一

5.加上函数sys_select_sort的声明

修改文件include/linux/syscalls.h

如果之前添加了头文件，则还要注意在这里包括头文件。

6.重新编译内核

参照实验一。

这个实验主要是系统调用函数内部的实现，但要注意细心实验，不能遗漏步骤

 

四、主要数据结构及说明

在指导手册中使用了结构体，放在头文件里，但是我没有采用这种大众的方法。

我的系统调用中采用的是线性顺序表——数组。

使用选择排序的方法对数组进行排序，每次选出其中最小的元素，然后与前面的元素进行交换。

最后的数组元素按照从小到大的顺序进行排序。

 

五、源程序并附上注释

1.系统调用函数的实现(select_sort.c)

选择排序，主要是两步，一是选出最小的元素，二是交换，程序如下。

#include<linux/linkage.h>
#include<linux/types.h>

asmlinkage int sys_select_sort(int *a,const int n)
{
    int temp,temp1,min,i,j;
    
    for(i=0;i<n-1;i++)
    {
        temp=i;
        min=*(a+i);
        for(j=i+1;j<n;j++)
        {
            if(*(a+j)<min)
            {
                temp=j;
                min=*(a+j);
            }
        }
        if(i != temp)
        {
            temp1=*(a+i);
            *(a+i)=*(a+temp);
            *(a+temp)=temp1;
        }
    }

    return 0;
}

 

2.测试程序

#include<stdio.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<unistd.h>
#define n 9
int main()
{
    int a[n]={43,23,2,33,65,12,6,12,16};
    int i=0;

    //print the array before sorting
    printf("%s\n","Before sorting:");
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        printf("%d  ",a[i]);
    }
    printf("%s","\n");

    syscall(320,a,n);//system call

    //print the array after sorting
    printf("%s\n","After sorting:");
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        printf("%d  ",a[i]);
    }
    printf("%s","\n");
    return 0;
    
}

 

六、程序运行结果及分析

测试程序编译运行结果如下

 

七、实验体会

通过新增系统调用可以学到很多linux基本命令的使用，比如，使用vi打开文件，然后i修改文件，:wq保存文件并退出，等等。

新增系统调用后需要重新编译安装内核，然后重启才能生效，如果因为某些原因，重启时不能进入内核，那么可以选择进入之前的内核对新的内核进行修改。

这个实验是为下一个做铺垫的，循序渐进逐步提高，加油！