Linux内核中增加一个系统调用

选题要求在Linux内核中增加一个系统调用，并编写对应的Iinux应用程序利用该系统调用能够遍历系统当前所有进程的任务描述符，并按进程父子关系将这些描述符所对应的进程idPID组织成树形结构显示;structprocessa

[512];intmainintij;〃在内核中将223本来对应的系统调用，临时链到我们自定义的sys_mycall中通过该系统调用后获得数组aprintftheresultis:%d\nsyscall223a;fori=0;i512;i++forj=0;ja[i].depth;j++printfCl--;pnntf%d\nwa[i].pid;ifa[i+l].pid==0break;return0;

2.4编写Makefile文件KVERS=$shelluname-rKernelmodulesobj-m+=hello.oSpecifyflagsforthemodulecompilation.#EXTRA_CFLAGS=-g-OObuild:kernel_modulesuser_testkernel_modules:make-C/lib/modules/$KVERS/buildM=$CURDIRmodulesuser_test:gcc-ohello_testhello_test.cclean:make-C/lib/modules/$KVERS/buildM=$CURDIRclean三.所遇到的问题及解决的方法进程个数确定系统可运行的最大进程数，通过ulimit-u查看有7863个lroot@linux-virtual-machtne:/usr/include/i386-linux-gnu/asm#ulimit-u7863我们通过ps-ef|wc-1命令实际查看当前运行进程数量为191个root@linux-virtual-machine:/usr/include/i386-linux-gnu/asm#ps-ef|wc-I191存储进程信息的数组大小为512是够用的被更改的系统调用号的选择见

2.

1.1获取系统调用表的地址见

2.

1.2内核和用户态数据交换我们在内核模块程序中，将进程遍历信息存储在数组中，然后需要将其传递给用户态下采用copy_from_user和copy_to_user这两个函数，这两个函数负责在用户空间和内核空间传递数据因此我们在测试程序中，将空数组a的地址作为参数传递给内核模块程序，在内核中使用copy_to_user函数将内核中的数组信息传递给用户态下的地址四.程序运行结果及使用说明

4.1将编译出来的内核模块hello.ko加载到内核中加载内核模块命令insmodhello.ko

4.2通过dmesg查看输出信息是否正确

4.3运行测试程序，输Hl树状打印结果（部分结果截图）root0linux-vtrtual-machine:/home/linux/Untx/ltnuxLt2#./hellotesttheresultis:40960-1-324-328-463-469-499-509-513-568-|-576-616-662-769-854-928-933-940-941-944-976||-I-2304|-|-|-2322|-|-|-2340||-I-2334|-|-|-2355-1-1-1-1-2370|-|-|-2461-|-|«|-|-2468-l-l-l-j-2469-I-I-I-I-I-2930-|-|-I-I-I-I-2931||||-3237I-1-1-|-|-3555-I-I-I-I-I-I-3556-1-1-1-1-1-1-1-4079I-l-l-l-l-HI-1-4080I-1-1-1-1-1-1-1-1-6334-|-|-|-2990-|-|-1-3016-1018-1061-1102-1116-

12534.4卸载自定义模块卸载内核模块命令insmodhello.koroot@linux-virtual-machine:/home/linux/Unix/linux_li_2#rmmodhelloroot@linux-virtual-machine:/home/linux/Unix/linux_li_2#Ismod|head五.附录内核模块程序hello.c#includelinux/init.h#includelinux/module.h#includelinux/kernel.h//list_head#includelinux/unistd.h#includeasm/uaccess.h#includelinux/sched.h//task_struct#definemy_syscall_num223#definesys_call_table_address0xcl65el40staticintcounter=0;structprocessintpid;intdepth;；structprocessa

[512];unsignedintclear_and_return_crOvoid;voidsetback_crOunsignedintval;asmlinkagelongsys_mycallchar_user*buf;intorig_crO;unsignedlong*sys_call_table=0;staticint*anything_savedvoid;voidprocesstreestructtask_struct*pintb〃创建进程树进程深度structlist_head*I;a[counter].pid=p-pid;a[counter].depth=b;counter++;forl=p-children.next;I!=p-children;I=I-nextstructtask_struct*t=list_entrylstructtask_structsibling;processtreetb+l；}unsignedintcIear_and_return_crOvoid//®crO寄存器的第17位设置为0即是内核空间可写unsignedintcrO=0;unsignedintret;asmmovl%%crO%%eax:=acrO;〃将crO寄存器的值移动到eax寄存器中，同时输出到crO变量中ret=crO;crO二Oxfffeffff;〃将crO变量的第17位清0asmmovl%%eax%%crO::acrO;〃将crO变量的值放入寄存器eax中，并且放入crO寄存器中returnret;voidsetback_crOunsignedintval〃读取val的值到eax寄存器，eax寄存器的值放入crO寄存器中---改变内核地址空间参数{asmvolatilemovl%%eax%%crO::aval;staticint_initinit_addsyscallvoid〃保存原来系统调用表中此地址中的系统调用printkChello7inyukernelXn;sys_call_table=unsignedlong*sys_call_table_address;〃获取系统调用服务首地址printk%x\nsys_calLtable;anything_saved=int*voidsys_calLtable[my_syscall_niim];//保存系统调用表中的NUM彳立置上的系统调用orig_crO=clear_and_retum_crO;〃使内核地址空间可写sys_call_table[my_syscall_num]=unsignedlongsys_mycall;〃用自己的系统调用替换NUM位置上的系统调用setback_crOorig_crO;〃使内核地址空间不可写return0;}asmlinkagelongsys_mycallchar_user*bufintb=0;structtask_struct*p;printkThisisyinyu_syscall!\n;forp=current;p!=init_task;p=p-parent;processtreepb;ifcopy_to_userstructprocess*bufa512*sizeofstructprocess〃将内核空间内容复制到用户空间return-EFAULT;elsereturnsizeofa;}staticvoid_exitexit_addsyscallvoid〃设置crO中对sys_call_table的更改权限orig_crO=clear_and_return_crO;〃恢复原有的中断向量表中的函数指针的值sys_call_table[my_syscall_num]=unsignedlonganything_saved;〃恢复原有的crO的值setback_crOorig_crO;printkcallyinyuexit\n;}〃模块入口函数为init_addsyscall由module_init宏指定在模块被加载的时候被调用向系统注册入口函数的返回值0表示成功，非0表示失败module_initinit_addsyscall;〃模块的退出函数为exit_addsyscall由module_exit宏指定，在模块被卸载时被调用向系统注销，主要来完成资源的清理工作module_exitexit_addsyscall;〃MODULE_LICENSEGPL表示设置模块遵守GPL证书，取消警告信息MODULE_UCENSEnGPL;测试程序hello_test.c#includelinux/unistd.h#includesyscall.h//asmlinkage#includesys/types.h#includestdio.hstructprocessintpid;intdepth;；structprocessa

[512];intmainintij;〃在内核中将223本来对应的系统调用，临时链到我们自定义的sys_mycall中通过该系统调用后获得数组aprintfBtheresultis:%d\nsyscall223a;fori=0;i512;i++forj=0;ja[i].depth;j++printf|-;printf%d\nfa[i].pid;ifa[i+l].pid==0break;return0;Makefile文件KVERS=$shelluname-rKernelmodulesobj-m+=hello.oSpecifyflagsforthemodulecompilation.#EXTRA_CFLAGS=-g-OObuild:kernel_modulesuser_testkernel_modules:make-C/lib/modules/$KVERS/buildM=$CURDIRmodulesuser_test:gcc-ohello_testhello_test.cclean:make-C/lib/modules/$KVERS/buildM=$CURDIRclean目录.程序的主要设计思路，实现方式4添加系统调用的两种方法4编译内核法4LL2内核模块法4程序的主要设计思路2环境

2.程序的模块划分，及对每个模块的说明2通过内核模块实现添加系统调用2修改系统调用的模块2获取sys_call_table的地址2清除内存区域的写保护3编写系统调用指定自己的系统调用3内核的初始化函数3222自己的系统调用服务例程4移除内核模块时，将原有的系统调用进行还原5模块注册相关6编写用户态的测试程序6编写Makefile文件7三所遇到的问题及解决的方法7进程个数确定7被更改的系统调用号的选择7获取系统调用表的地址7内核和用户态数据交换

8.程序运行结果及使用说明8将编译出来的内核模块hello.ko加载到内核中8通过dmesg查看输出信息是否正确8运行测试程序，输出树状打印结果（部分结果截图）8卸载自定义模块

9.附录11内核模块程序hello.c11测试程序heUo_test.c14Makefile文件14一.程序的主要设计思路，实现方式添加系统调用的两种方法编译内核法编写好源码之后修改内核的系统调用库函数/usr/include/asm-generic/unistd.h在这里面可以使用在syscall_table中没有用到的223号添加系统调用号，让系统根据这个号，去找到syscall.table中的相应表项在/arch/x86/kernel/syscall_table_

32.s文件中添加系统调用号和调用函数的对应关系接着就是my-syscall的实现了，在这里有两种方法第一种方法是在kernel下自己新建一个目录添加自己的文件，但是要编写Makefile而且要修改全局的Makefile.第二种比较简便的方法是，在kernel/sys.c中添加自己的服务函数，这样子不用修改Makefile.以上准备工作做完之后，然后就要进行编译内核了，以下是编译内核的一个过程makemenuconfig（使用图形化的工具，更新.config文件）make-j3bzlmage（编译-j3指的是同时使用3个cpu来编译，bzlmage指的是更新grub以便重新引导）makemodules（对模块进行编译）makemodulesjnstall（安装编译好的模块）depmod（进行依赖关系的处理）reboot（重启看到自己编译好的内核）

1.

1.2内核模块法内核模块可以作为独力程序来编译的函数和数据类型的集合之所以提供模块机制，是因为Linux本身是一个单内核单内核由于所有内容都集成在一起，效率很高，但可扩展性和可维护性相对较差，模块机制可以弥补这一缺陷Linux模块可以通过静态或动态的方法加载到内核空间，静态加载是指在内核启动过程中加载；动态加载是指在内核运行的过程中随时加载一个模块被加载到内核中时，就成为内核代码的一部分模块加载入系统时，系统修改内核中的符号表将新加载的模块提供的资源和符号添加到内核符号表中，以便模块间通信这种方法是采用系统调用拦截的一种方式，改变某一个系统调用号对应的服务程序为我们自己的编写的程序，从而相当于添加了我们自己的系统调用下面的内容，会详述用内核模块法实现目标的过程程序的主要设计思路程序分三部分，一部分是通过内核模块实现添加系统调用，二是编写系统调用指定自己的系统调用，最后是编写用户态的测试程序环境Ubuntu

14.04+

3.

13.0内核版本内核版本root@linux-vi.rtual-machine:/boot#uname-aLinuxlinux-virtual-machine

3.

13.0-24-genertc#46-UbuntuSMPThuApr1019:68:14UTC26141686athlon1686CNU/LtnuxI二.程序的模块划分，及对每个模块的说明

2.1通过内核模块实现添加系统调用这种方法其实是系统调用拦截的实现系统调用服务程序的地址是放在sys_call_table中通过系统调用号定位到具体的系统调用地址，那么我们通过编写内核模块来修改sys_call_table中的系统调用的地址为我们自己定义的函数的地址，就可以实现系统调用的拦截通过模块加载时将系统调用表里面的那个系统调用号的那个系统调用号对应的系统调用服务例程改为我们自己实现的系统历程函数地址

2.

1.1修改系统调用的模块在/usi7include/i386-】inux-gnu/asm/unistd_

32.h文件中查看系统调用序号root@linux-virtual-machine:/usr/include/i386-linux-gnu/asm#gedituntstd_

32.h找到结果（部分截图）deftne_NR_fcntl64221define_NR_gettid224define_NR_readahead225define_NR_setxattr226define_NR_lsetxattr227可以看到，222号和223号系统调用是空的，因此选取223作为新的系统调用号

2.

1.2获取syscalItable的地址在/boot/System.map-

3.

16.0-30-generic查看系统调用表的内存地址:root@linux-virtual-machine:/boot#geditSystem.map-

3.

13.0-24-generic找到结果cl65el40Rsys_call_table为0xcl65el

401.3清除内存区域的写保护得到了sys_call_table的地址，该符号对应的内存区域是只读的所以我们要修改它，必须对它进行清除写保护，这里介绍两种方法第一种方法我们知道控制寄存器crO的第16位是写保护位crO的第16位置为了禁止超级权限，若清零了则允许超级权限往内核中写入数据，这样我们可以再写入之前，将那一位清零，使我们可以写入然后写完后，又将那一位复原就行了〃使crO寄存器的第17位设置为0即是内核空间可写unsignedintcIear_and_return_crOvoidunsignedintcrO=0;unsignedintret;asmmovl%%crO%%eax:=acrO;WcrO寄存器的值移动到eax寄存器中，同时输出到crO变量中ret=crO;crO=Oxfffeffff;〃将crO变量的第17位清0asmmovl%%eax%%crO::acrO;〃将crO变量的值放入寄存器eax中，并且放入crO寄存器中returnret;〃读取val的值到eax寄存器，再将eax寄存器的值放入crO寄存器中---改变内核地址空间参数voidsetback_crOunsignedintvalasmvolatilemovl%%eax%%crO::aval;第二种方法通过设置虚拟地址对应的也表项的读写属性来设置intmake_rwunsignedlongaddressunsignedintlevel;pte_t*pte=lookup_addressaddresslevel;〃查找虚拟地址所在的页表地址ifpte-pte〜_PAGE_RW〃设置页表读写属性pte-pte|=_PAGE_RW;return0;intmake_rounsignedlongaddress{unsignedintlevel;pte_t*pte=lookup_addressaddresslevel;pte-pte=-_PAGE_RW;〃设置只读属性return0;

2.2编写系统调用指定自己的系统调用

2.

2.1内核的初始化函数此函数内采用的是

2.

1.3中的第一种方法staticint_initinit_addsyscallvoidprintkhelloyinyukernel\n;〃获取系统调用服务首地址sys_call_table=unsignedlong*sys_call_table_address;printk%x\nsys_call_table;〃保存系统调用表中的NUM位置上的系统调用anything_saved=int*voidsys_call_table[my_syscall_num];〃使内核地址空间可写orig_crO=clear_and_return_crO;〃用自己的系统调用替换NUM位置上的系统调用sys_caIl_table[my_syscaIl_num]=unsignedlongsys_mycall;〃使内核地址空间不可写setback_crOorig_crO;return0;

2.

2.2自己的系统调用服务例程部分一创建进程树voidproccsstrccstructtask_struct*pintb;结果需要以树状形式展示所有进程的父子关系为此，我们定义processtree递归函数来访问遍历，并且将结果存储在数组中，以便提供给用户态访问voidprocesstreestructtask_struct*pjntb〃创建进程树进程深度structlist_head*I;a[counter].pid=p-pid;a[counter].depth=b;counter++;forl=p-children.next;I!=p-children;I=I-nextstructtask_struct*t=list_entrylstructtask_structsibling;processtreetb+l；}其中，特别使用了宏#definelist_entryptrtypemember/type*char*ptr-unsignedlongtype*0-memberptr是指向list_head类型链表的指针；type为一个结构；member为结构type中的一个域，类型为list_head这个宏返回指向type结构的指针FI的从一个结构的成员指针找到其容器的指针部分二创建自己的系统调用服务asmlinkagelongsys_mycallchar_user*buf；在sys_mycall中，从当前进程开始，递归调用processlree函数，将进程信息存储在数组中然后利用copy」o_user函数将内核信息传递给用户态下，用户态下的测试程序对■结果进行展示asmlinkagelongsys_mycallchar_user*bufintb=0;structtask_struct*p;printkThisisyinyu_syscall!\n;forp=current;p!=init_task;p=p-parent;processtreepb;ifcopy_to_userstructprocess*bufa512*sizeofstructprocessreturn-EFAULT;elsereturnsizeofa;

2.

2.3移除内核模块时，将原有的系统调用进行还原staticvoid_exitexit_addsyscallvoid{〃设置crO中对sys_call_table的更改权限orig_crO=clear_and_return_crO;〃恢复原有的中断向量表中的函数指针的值sys_caIl_table[my_syscaIl_num]=unsignedlonganything_saved;〃恢复原有的crO的值setback_crOorig_crO;printkcallyinyuexit\n;

2.

2.4模块注册相关模块构造函数module」nitinit_addsyscall;执行insmod或modprobe指令加载内核模块时会调用的初始化函数函数原型必须是module_init内是函数指针模块析构函数module_exitexit_addsyscall;执行rmmod指令卸载模块时调用的函数函数原型是module_exit;模块许可声明MODULE_LICENSEGPL;函数原型是MODULEJJCENSEO告诉内核程序使用的许可证，不然在加载时它会提示该模块污染内核一般会写GPL

2.3编写用户态的测试程序#includelinux/unistd.h#includesyscall.h//asmlinkage#includesys/types.h#includestdio.hstructprocessintpid;intdepth;Foot@ltnux-virtual-macnine:/nome/ltnux/Unix/linux_li_2#insmodhelloTKoroot@linux-virtual-machine:/home/linux/Unix/linux_li_2#IsmodModuleSizeUsedbyhello167430snd_ensl371245472snd_ac97_codec1057091snd_ensl371ac97_bus126421snd_ac97_codecgameport151891snd_ensl371snd_pcm855012snd_ac97_codecsnd_ensl371snd_page_alloc142301snd_pcmcrc32_pclmul129670bnep188952|headModuleSizeUsedbysnd_ensl371245472snd_ac97_codec1057091snd_ensl371ac97_bus126421snd_ac97_codecgameport151891snd_ensl371snd_pcm855012snd_ac97_codecsnd_ensl371snd_page_alloc142301snd_pcmcrc32_pclmul12967ebnep188952rfcomm53664e。