linux内核编译及添加系统调用(详细版)

article/2025/10/25 0:07:44

linux内核编译及添加系统调用

注：文章共四部分，分别是

1、编译更换内核

2、添加一个简单系统系统调用

3、添加读取/修改nice值的系统调用

4、自己设计简单（真的简单）系统调用

注：四个部分结构相似，请根据自身需求自行选择观看。（ps有点唠叨的，但也比较完整），不同内核环境会有差别，使用不同版本可能会产生非预期的错误，如有错误欢迎评论区指出。

相关实验资源:
1、kernel内核源码
https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/include
2、Linux系统版本：Ubuntu16.04
清华源镜像：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-releases/16.04/
3、预安装内核linux-4.16.1
清华源镜像：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v4.x/linux-4.16.1.tar.xz

(一)、下载新内核并编译、更换：

第一步：下载解压,进入文件夹

#wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.16.1.tar.xz
(或者手动下载压缩包解压) 
#xz –d linux-4.16.1.tar.xz
#tar –xvf linux-4.16.1.tar 
#cd linux-4.16.1

第二步：清楚残留的 .config和 .o文件（每次编译出错或者重新编译最好都清理，不清理很占内存）

#make mrproper

报错提醒安装ncurses，重新执行make mrproper

#apt-get install libncurses5-dev

第三步：配置内核

#make menuconfig

根据报错提示安装组件，缺啥装啥

#sudo apt install build-essential //安装make和gcc等
#apt-get install libncurses5-dev	 //安装ncurses-devel
#sudo apt-get install flex		 //安装flex
#sudo apt-get install bison 		 //安装bison

没有报错后再执行

#make menuconfig

出现配置的对话框，直接保存（save），文件名也默认.config, 退出。

第四步：编译内核，生成启动映像文件

#make -j4 //-j4是用于加快编译速度。这里我用4线程

报错提示要openssl，安装完再次执行命令即可

#apt-get install libssl-dev

第五步：编译模块

这一步要好久（2-3小时，可能虚拟机配置太低吧）。。。。睡一觉回来就好了

#make modules

第六步：安装内核、模块

安装模块：# make modules_install 
安装内核：#make install

第七步：配置 grub 引导程序

只需要执行如下命令：该命令会自动修改 grub

#update-grub2

最后一步重启：

#reboot -n

查看内核版本

#uname -a

成功更换内核！

(二)、添加简单系统调用

系统调用表

用于关联系统调用号及其相对应的服务历程入口地址。例如系统调用read在系统调用表中结构如下

系统调用号	32/64/common	系统调用名称	服务例程入口
0	common	read	sys_read（这里不同内核版本格式有所不同）

path: /arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl(32位系统是syscall_32.tbl)

第一步：修改源程序

#cd linux-4.16.1 //进入linux解压包（我下的版本是4.16.1）
#vim arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl //进入该文件分配系统调用号 （注意别写在最后面，x64的系统调用共300多行，注意别写到后半部分的x32那一块里面）

在这里插入图片描述

#vim include/linux/syscalls.h 进入该文件，添加服务例程的原型声明（shift+g快速跳到最后一行）

vim kernel/sys.c 实现系统调用服务例程

SYSCALL_DEFINE后的数字代表参数个数，这里0个参数（void）

在这里插入图片描述

第二步：编译安装内核

1. #make menuconfig 配置内核
2. #make –j2 编译内核
3. #make modules 编译模块
4. #make modules_install 和 make install 安装模块和安装内核
5. #update-grub2（好像虚拟机不需要这一步）
6. #reboot –n 立即重启

第三步：新系统调用测试

这里编写一个test.c文件来测试（文件存放位置可以任意）

#vim test.c

在这里插入图片描述

编译

gcc test.c -o test //-o test指定编译输出文件名为test

在这里插入图片描述
执行文件

./test

查看信息

dmesg

在这里插入图片描述

可见系统调用成功执行

(三)、添加API对指定进程的 nice 值的读取功能

注：nice值表示进程可被执行的优先级的修正数值,加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice。这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行。

修改源程序

添加系统调用
在这里插入图片描述
添加系统调用函数声明

系统调用函数具体代码实现

代码相关介绍
pid：进程ID
flag：等于1表示修改，等于0表示读取
nicevalue：为指定进程设置新的nice值
prio，nice：指向进程当前优先级prio及nice值

copy_to_user函数则是从内核空间拷贝内容到用户空间，用户空间的进程无法直接访问内核空间的内容。

static inline int task_nice(const struct task_struct *p)用于获取当前task的nice值，并返回nice值，nice值的范围是[ -20 ... 0 ... 19 ]
其使用的例程如下：void set_user_nice(struct task_struct *p, long nice)
{
bool queued, running;
int old_prio, delta;
struct rq_flags rf;
struct rq *rq;if (task_nice(p) == nice || nice < MIN_NICE || nice > MAX_NICE)
return;
}

return -EFAULT代表返回一个错误代码；

pid_t 其实就是__pid_t类型。（不必在意，找到最原始的定义可能就是个int类型）

#ifndef __pid_t_defined
typedef __pid_t pid_t;define __pid_t_defined#endif

编译安装内核

1. #make menuconfig 配置内核
2. #make –j2 编译内核
3. #make modules 编译模块
4. #make modules_install 和 make install 安装模块和安装内核
5. #update-grub2（好像虚拟机不需要这一步）
6. #reboot –n 立即重启

编写测试程序：

#vim test-nice.c  //在哪创建没有特别要求

在这里插入图片描述

#gcc nice-test.c -o nice-test   //编译，格式gcc <c代码文件> -o <输出文件的文件名>
#./nice-test 					//执行所生成的文件

在这里插入图片描述

#dmesg			//查看信息

在这里插入图片描述

(四)、自己设计系统调用

CONFIG_NR_CPUS是内核被配置支持的CPU个数，而实际设备的CPU个数是在系统启动过程当中去动态监测的。也就是说你配置系统支持32个CPU那么CONFIG_NR_CPUS就等于32，而num_online_cpus()则是当前设备激活可调度的CPU个数。

利用内核函数：

在这里插入图片描述

由于大致流程与前面相似，这里便不再详述

分配系统调用号（335）
在这里插入图片描述

添加服务例程原型声明

在这里插入图片描述

实现系统调用服务例程

在这里插入图片描述

编译安装

#make mrproper
#make -j4
#make modules
#make modules_install
#make install
#reboot -n

编写测试程序

在这里插入图片描述

编译执行后, dmesg查看信息，如图
在这里插入图片描述
end