Nano雞排: Linux Kernel（13）- syscall

2010年12月11日星期六

Linux Kernel（13）- syscall

System Call在HW和user space提供一層抽象層，主要目的有：

為user space提供硬體抽象層。比如，讀取檔案時，不用管檔案所在的媒體類型與檔案儲存類型。
System call能確保系統的安全與穩定。避免user space的無意或惡意的破壞。

除了exception和trap以外，System call是user space進入kernel space的唯一管道。
User space的programming主要是base on API(Application Programming Interface)並非system call，從programmer的觀點來看，關注的是API(如C library)而非system call。

System call的return type為long，主要是要相容64bit，return value通常代表失敗或成功，失敗時，error code當常寫入global variable “errno”。

典型的system call都以sys_開頭，如getpid()的system call為：

asmlinkage long sys_getpid(void)
{
    return current->tgid;
}

在Linux中(x86)，將所有的system call存放在一個system call table中，透過system call number來所引(index)要執行的system call，儘管每個platform所implement的system call table和system call number都不同，但是原理都是相同的，首先會將system call number存放在某個特定的CPU register(X86放在eax)，並將system call的參數也存放置其他的register(最多5個參數，x86依序為ebx、ecx、edx、esi和edi)，接著透過int 0x80進入system call處理程序，透過system call number(eax)在system call table中找到相對應的system call，並且執行該system call，因為參數存放是先就定義好了，所以就可以在registers(x86依序為ebx、ecx、edx、esi和edi)中依序讀出要處理的參數，超過五個參數就會用structure來傳遞，而ioctl這個不定參數的system call是傳遞pointer的方式來存取，ioctl是一個不好的例子，因為定義不是很明確，system call最好是能定義明確。

新增system call “brook()”到kernel 2.6.32的步驟(x86)

新增一筆system call entry到sys_call_table中arch/x86/kernel/syscall_table_32.s。

定義brook的system call number，arch/x86/include/asm/unistd_32.h，並將NR_syscalls做遞增。

#define __NR_brook              337
#define __NR_syscalls           338

定義system call的原型，include/linux/syscalls.h。

asmlinkage long sys_brook(int n, unsigned long arg);

加入至system call table中，arch/x86/kernel/syscall_table_32.S。

.long sys_brook;

撰寫system call的內容。

obj-y := brook.o

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/syscalls.h>
#include <linux/uaccess.h>

SYSCALL_DEFINE2(brook, int, n, unsigned long, arg)
{
    int __user *p = (int __user *) arg;
    int i, x, sum = 0, err = 0;
    printk("n=%d, ", n);
    for (i = 0; i < n; i++) {
        err = get_user(x, p + i);
        sum += x;
        if (err) {
            return err;
        }
        printk("[%d]=%d, ", i, x);
    }

    return sum;
}

ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ brook_syscall/

撰寫Application測試system call

#include <linux/unistd.h>
#include 
#define __NR_brook 337
int brook(int n, ...)
{
    int ret;
    va_list ap;

    va_start(ap, n);
    ret = syscall(__NR_brook, n, ap);
    va_end(ap);
    return ret;
}

#include <stdio.h>
#include "brook.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
    return printf("%d\n", brook(3, 3, 2, 1));
}

Kernel Version：2.6.32
參考資料：

Linux Kernel Development 2nd, Novell Press
http://pradeepkumar.org/2010/01/implementing-a-new-system-call-in-kernel-version-2-6-32.html
Professional Linux Kernel Architecture, Wiley Publishing