杭电操作系统实验一 --- Linux内核编译和添加系统调用arm架构华为云)

实验要求 

1. 掌握Linux 内核的编译与安装
2. 掌握Linux 系统调用基本概念
3. 设计和添加linux系统调用

        （1）修改或返回指定进程的优先级（nice值和prio值）（详见教材P328）提示：可能参考的内核函数：set_user_nice().

        （2）改变主机名称为自定义字符串（自选题目）

 1、Linux 内核的编译与安装   (使用华为云，完成openEuler内核的编译与安装)

（1）登录系统并查看当前内核版本

[root@openEuler ~]# uname -r

 （2）安装工具，构建开发环境

[root@openEuler ~]# yum group install -y "Development Tools"

[root@openEuler ~]# yum install -y bc

[root@openEuler ~]# yum install -y openssl-devel

（3）备份boot目录以防后续步骤更新内核失败

[root@openEuler ~]# tar czvf boot.origin.tgz /boot/

保存当前内核版本信息

[root@openEuler ~]# uname –r > uname_r.log

（4）获取内核源代码并解压

[root@openEuler ~]# wget https://gitee.com/openeuler/kernel/repository/archive/kernel-4.19.zip

[root@openEuler ~]# unzip kernel-4.19.zip

（5）编译内核

 [root@openEuler ~]# cd kernel-kernel-4.19

[root@openEuler kernel]# make openeuler_defconfig

[root@openEuler kernel]# make -j4 Image modules dtbs

这一步是编译内核的Image、modules和dtbs，make -j 4表示4个线程编译（可以根据CPU核数调整）

 （6）安装内核

[root@openEuler kernel]# make modules_install

[root@openEuler kernel]# make install

注意：在最后一步“make install”时出现的错误在这里可以忽略。

（7）以VNC登录ECS

（8）重启系统

[root@openEuler kernel]# reboot

 （9）登录并验证

在VNC窗口中选择以新编译出来的内核启动系统

 这里编译完以后已经有了4.19.208版本的新内核，选择该内核登录

2、掌握Linux 系统调用基本概念 

Linux系统处理系统调用的流程以及增加系统调用的方法。Linux系统提供了多达几百种的系统调用，为了唯一地标识每一个系统调用，Linux为每个系统调用都设置了一个唯一的编号，称为系统调用号，同时每个系统调用需要一个服务例程完成其具体功能。

这里不做过多描述。

（重点是怎么添加系统调用！！！）

• 阅读教材7.2.3节Linux 添加系统调用的步骤，添加一个新的系统调用，通过内核打印调试语句printk打印自己的学号。

• cd kernel-kernel-4.19 进入文件夹
• vim include/uapi/asm-generic/unistd.h 修改及添加系统调用号（注意系统调用号不能随意加，只能一次加1）
• 

1.  
   #define __NR_hello_euler 294
2.  
   __SYSCALL(__NR_hello_euler, sys_hello_euler)
3.  
    
4.  
   #undef __NR_syscalls
5.  
   #define __NR_syscalls 295

•  vim include/linux/syscalls.h 添加代码申明系统调用服务例程
• 

asmlinkage long sys_hello_euler(void);

•  vim kernel/sys.c 实现系统调用服务例程
• 

1.  
   SYSCALL_DEFINE0(hello_euler)
2.  
   {
3.  
   printk(KERN_INFO "xuehao:20273108");
4.  
   return 0;
5.  
   }

• 重新编译，安装内核
• 配置内核：make openeuler_defconfig
  编译内核：make -j4 Image modules dtbs
  安装模块：make modules_install
  安装内核：make install
  立即重启：reboot   （重启后进入新内核）

重启后

• cd kernel-kernel-4.19 进入文件夹

• vim testhello.c  编写测试代码testhello.c

• 

1.  
   #include <stdio.h>
2.  
   #include <unistd.h>
3.  
   #include <sys/syscall.h>
4.  
    
5.  
   int main()
6.  
   {
7.  
   ret = syscall(294);
8.  
   return 0;
9.  
   }

•  编译 gcc testhello.c
• 输入 ls ，会发现出现了a.out 文件(在使用gcc编程时，没有指定输入可执行文件名，默认生成可执行文件a.out文件。)

•   执行 ./a.out
• 输入 dmesg 查看结果（成功输出学号~）
• 

3、设计和添加linux系统调用 

（1）修改或返回指定进程的优先级（nice值和prio值）（详见教材P328）提示：可能参考的内核函数：set_user_nice().

• vim include/uapi/asm-generic/unistd.h 修改及添加系统调用号
• 1.  
     #define __NR_mysetnice 295
  2.  
     __SYSCALL(__NR_mysetnice,sys_mysetnice)

  注意下面的  #define __NR_syscalls 295 要变成  #define __NR_syscalls 296

•   vim include/linux/syscalls.h 添加代码申明系统调用服务例程

• asmlinkage long sys_mysetnice(pid_t pid,int flag,int nicevalue,void __user*prio,void __user*nice);

•   vim kernel/sys.c 实现系统调用服务例程
• 1.  
     SYSCALL_DEFINE5(mysetnice,pid_t,pid,int,flag,int,nicevalue,void __user*,prio,void __user*,nice)
  2.  
     {
  3.  
     int n;
  4.  
     int p;
  5.  
     struct pid * kpid;
  6.  
     struct task_struct * task;
  7.  
     kpid = find_get_pid(pid);/*得到pid */
  8.  
     task = pid_task(kpid, PIDTYPE_PID);/* 返回task_struct */
  9.  
     n = task_nice(task);/* 返回进程当前nice值 */
  10.  
      p = task_prio(task);/*返回进程当前prio值*/
  11.  
      if(flag == 1)
  12.  
      {
  13.  
      set_user_nice(task, nicevalue);/* 修改进程nice值 */
  14.  
      n = task_nice(task);/*重新取得进程nice值*/
  15.  
      p = task_prio(task);/*重新取得进程prio值*/
  16.  
      copy_to_user(nice,&n,sizeof(n));/*将nice值拷贝到用户空间*/
  17.  
      copy_to_user(prio,&p,sizeof(p));/*将prio值拷贝到用户空间*/
  18.  
      return 0;
  19.  
      }
  20.  
      else if(flag == 0)
  21.  
      {
  22.  
      copy_to_user(nice,&n,sizeof(n));/*将nice值拷贝到用户空间*/
  23.  
      copy_to_user(prio,&p,sizeof(p));/*将prio值拷贝到用户空间*/
  24.  
      return 0;
  25.  
      }
  26.  
      return EFAULT;
  27.  
      }
  

• 同上，重新编译安装内核 
• 配置内核：make openeuler_defconfig
  编译内核：make -j4 Image modules dtbs
  安装模块：make modules_install
  安装内核：make install
  立即重启：reboot   （重启后进入新内核）

• cd kernel-kernel-4.19 进入文件夹

• vim my_setnice.c  编写测试代码my_setnice.c

1.  
   #define _GNU_SOURCE
2.  
   #include<unistd.h>
3.  
   #include<sys/syscall.h>
4.  
   #include<stdio.h>
5.  
   #include<stdlib.h>
6.  
   int main()
7.  
   {
8.  
   pid_t pid;
9.  
   int nicevalue;
10.  
    int flag;
11.  
    int n=0;
12.  
    int p=0;
13.  
    int *prio;
14.  
    int *nice;
15.  
    prio = &p;
16.  
    nice = &n;
17.  
    printf("请输入pid: \n");
18.  
    scanf("%d",&pid);
19.  
    printf("pid输入成功\n请输入nice值:\n");
20.  
    scanf("%d",&nicevalue);
21.  
    printf("nice输入成功\n请输入flag(flag为1时修改,为0时查看):\n");
22.  
    scanf("%d",&flag);
23.  
    syscall(295,pid,flag,nicevalue,prio,nice);
24.  
    printf("现在的nice为%d,prio为%d\n",n,p);
25.  
    return 0;
26.  
    }

• gcc my_setnice.c
• ./a.out 
• 

 （2）改变主机名称为自定义字符串（自选题目）

•  vim include/uapi/asm-generic/unistd.h 修改及添加系统调用号

1.  
   #define __NR_mysethostname 296
2.  
   __SYSCALL(__NR_mysethostname,sys_mysethostname)

同理，下面的  #define __NR_syscalls 296 要变成  #define __NR_syscalls 297

•  vim include/linux/syscalls.h 添加代码申明系统调用服务例程

• asmlinkage long sys_mysethostname(char __user  *name, int len);

•  vim kernel/sys.c 实现系统调用服务例程
• 1.  
     SYSCALL_DEFINE2(mysethostname, char __user *, name, int, len)
  2.  
     {
  3.  
     int errno;
  4.  
     char tmp[__NEW_UTS_LEN]; /*__NEW_UTS_LEN=64*/
  5.  
     if(len<0 || len>__NEW_UTS_LEN)
  6.  
     return -EINVAL;
  7.  
     errno = -EFAULT;
  8.  
     if(!copy_from_user(tmp, name, len)) /*copy_from_user将name指向的字符串从用户空间拷贝到内核空间，失败返回没有被拷贝的字节数，成功返回0*/
  9.  
     {
  10.  
      struct new_utsname *u;
  11.  
      down_write(&uts_sem); /*写者使用该函数来得到读写信号量sem，它会导致调用者睡眠，只能在进程上下文使用,用于获取Linux内核读写信号量中的写锁*/
  12.  
      u = utsname(); /*获取当前内核名称和其它信息，成功执行时，返回0。失败返回-1，errno被设为EFAULT，表示buf无效*/
  13.  
      memcpy(u->nodename, tmp, len); /*从源内存地址的起始位置开始拷贝若干个字节到目标内存地址中*/
  14.  
      memset(u->nodename len, 0, sizeof(u->nodename)- len);
  15.  
      errno = 0;
  16.  
      uts_proc_notify(UTS_PROC_HOSTNAME); /*使用UTS namespace隔离hostname*/
  17.  
      up_write(&uts_sem); /*释放写锁*/
  18.  
      }
  19.  
      return errno;
  20.  
      }
  

• 同上重新编译内核 

• cd kernel-kernel-4.19 进入文件夹

• vim sethostname.c  编写测试代码sethostname.c

• 1.  
     #define _GUN_SOURCE
  2.  
     #include<unistd.h>
  3.  
     #include<sys/syscall.h>
  4.  
     #include<stdio.h>
  5.  
     int main()
  6.  
     {
  7.  
     syscall(296,"xjyxjy",6);
  8.  
     return 0;
  9.  
     }

• gcc sethostname.c
• ./sethostname
• 输入命令hostname或者重新在终端上连接ssh，即可看到主机名已经成功更换
• 

 4、实验总结

（1）大家做实验之前看教程一定要搞清楚是x86还是arm架构的呀！！！我就是在这上面栽跟头了重建了三四次华为云

（2）如果用VNC登陆时出现以下报错，那么恭喜你，多半是你的内核崩了~我的老师说，只要你手速够快，在重启虚拟机的时候立马用VNC重新登陆是可以进去的，但是我没成功过，只能重建了n次云主机。

 

（3）虽然老师给的实验报告里要求VNC登录，但我个人建议使用cloudshell来执行命令。

（4）在验收的时候，被老师冷不丁问了系统调用里的函数的意义和用法，直接栽跟头了。我会在下面po出一部分内部函数的意义及用法。

1.find_get_pid(pid)

find_get_pid 在内核中有不同的命名空间，在各自的命名空间同一个进程pid值可能是不一样的，find_get_pid为了找到在内核态中的我们寻找进程真正的pid

2.set_user_nice(task, nicevalue)

用于设置进程的nice值

3.copy_to_user（）

完成内核空间到用户空间的复制，To 目标地址，这个地址是用户空间的地址；From 源地址，这个地址是内核空间的地址； N 将要拷贝的数据的字节数。
如果数据拷贝成功，则返回零；否则，返回没有拷贝成功的数据字节数。

4.copy_from_user（）

copy_from_user将name指向的字符串从用户空间拷贝到内核空间，失败返回没有被拷贝的字节数，成功返回0。

5.down_write（）

函数down_write()是写者用来得到读写信号量sem时调用的，如果该信号量被读者或写者所持有，则对该函数的调用会导致调用者的睡眠，只能在进程上下文使用,用于获取Linux内核读写信号量中的写锁。

6.memcpy(str1, str2,  n) 

从存储区 str2 复制 n 个字节到存储区 str1。

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