新增Linux系统调用——计算一个数的三次方_vim编写立方函数

新增Linux系统调用

  起初看到这个实验，完全是一脸懵啊，后来再看，依旧是一脸懵啊，再后来，借鉴了网上大佬们的教程，以及一天的时间折腾，终于完成了该实验。只是可惜了自己的电脑，CPU以80℃的温度运行一整天，好想对电脑说一句，下辈子别摊上我这个主了，找个好人家！！！哈哈哈！！！
  鉴于网上关于这方面的教程太过古老，以及教程过少，在此，记录一下，作为读者们的学习资料，也作为自己的学习笔记。

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本文目录

• 实验内容及要求
• 实验步骤
  • 下载新内核
  • 修改新内核
  • 编译新内核
• 实验测试
• 总结

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一、实验内容及要求

要求：

• 需要重新编译Linux内核；
• 增加一个Linux的系统调用；
• 另外写一个程序进行调用。

功能：

  计算一个数字的三次方，并打印出来。

二、实验步骤

  本篇教程所需的实验环境为VMware Workstation 16 Pro + Ubuntu 20.04 。如果你的电脑不具备Linux环境，或者说并没有配置Ubuntu系统，可以参考博主之前的两篇文章——《VMware虚拟机安装Ubuntu》、《VMware下Ubuntu的基本配置》。

1.查看内核版本

打开【终端】，输入 uname -r，查看当前操作系统的内核版本。

此时我们看到的内核版本为 5.15.0-75 。

2.下载新内核

  内核下载的官网为 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/，选择需要下载的版本，下载即可。但是下载的速度真的如蜗牛爬一般啊，这里博主推荐使用国内镜像去下载，博主使用的是北京交通大学的开源镜像。(点击跳转）
  不建议使用最新的内核，建议使用老一点的内核，这样比较稳定些，不会因为内核的问题而导致编译出错。
  博主选择的内核版本为 5.6.8。

在【终端】中输入 wget https://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/v5.x/linux-5.6.8.tar.xz ，然后 回车。

下载完成后，在主目录下便可以看到刚才下载的内核压缩包。

3.解压内核压缩包

在【终端】中依次输入以下命令：

• tar -Jxvf linux-5.6.8.tar.xz
  

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下面的所有命令全在 ~/linux-5.6.8 目录下执行。

首先转到 ~/linux-5.6.8 目录下
在【终端】执行 cd linux-5.6.8/

4.新增Linux系统调用

（1）添加调用函数声明

【终端】输入 vim include/linux/syscalls.h ，在 #endif 前输入 asmlinkage long sys_cube(int num);

注：
  执行完上面命令后，打开了一个头文件，此时vim处于命令模式，我们可以看见光标，但不可以编辑，移动光标到需要编辑的位置，按键盘上的【 i 】，进入编辑模式，待内容输入完成后，按【Esc】，切换至命令模式，此时输入【:wq】，即完成了保存退出操作。

（2）添加调用函数定义

【终端】输入 vim kernel/sys.c ,在末尾 #endif 后输入如下函数：

SYSCALL_DEFINE1(cube,int,num){
    int result = num*num*num;
    printk("The result is %d.\n",result);
    return result;
}
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（3）注册系统调用号

在【终端】输入 vim arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl ，在syscall_64.tbl文件中添加如下内容：


此时添加的自定义函数对应的系统调用号是 439 。

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上面的过程已经添加了一个新的系统调用，下面的过程则是编译内核并安装新内核，可谓是本文的重点所在。

5.安装编译内核所需的依赖包

打开【终端】，依次输入下面命令：

sudo apt install make flex bison libssl-dev libelf-dev libncurses5-dev dwarves -y
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6.配置内核

（可选）【终端】输入 make mrproper ，用来清除以前配置，若是第一次配置，则不需执行此命令，博主是第一次编译，因此不执行该条命令。

【终端】输入make menuconfig，在跳出的界面中依次执行【Save】—>【Ok】—>【Exit】—>【Exit】

7.编译

查看自己机器处理器的核数，可通过 cat /proc/cpuinfo 来查看。

此处的processor后面的数字表示的是处理器编号，只需要查看最大编号便可知道处理器的核数了。或者打开虚拟机设置，可通过查看硬件配置来查看处理器的核数，此处为8。

在【终端】中键入 make -jn（n个线程开始编译），因为本文机器的处理器核数为8，故博主这里的命令是 make -j8 随后就是漫长的等待了，等到地老天荒，哈哈哈哈，大概一小时左右！

中途可能会报一些错误，我将其归纳在此，点击跳转。

编译要结束时，如果看到下图所示的信息，说明你已经编译成功了，一定要看到此提示信息，因为有时候会内核编译停止，重启电脑后可能开不了机器。
若没有看到此条信息，建议继续make -j8一下。

8.安装编译好的模块

【终端】键入sudo make modules_install 命令，完成模块的安装操作

这个命令执行也需要一定的时间，耐心等待就好。

9.安装内核

【终端】输入 sudo make install

10.重启系统

重启过后，内核是自动选择刚编译的新内核，如果不是，则在重启过程中，按下shift键后，手动选择一下即可。

11.可能的错误

错误1

从错误信息可以看出，问题出在 debian/canonical-certs.pem 上面。首先，用vim打开内核的配置文件.config，

然后找到”debian/canonical-certs.pem“所在的位置，将其引号内容置空。
这是原始文件内容。

这是修改后的文件内容。

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三、实验测试

  这部分是最激动人心的环节，它决定着你的努力，你的时间是否得到了回报，究竟是回报的迟到还是失败的重现？下面就跟着博主来见证一下啦！
  首先，查看一下内核版本是否为新安装的内核版本，然后再去编写程序验证程序的系统调用函数的正确性。

【终端】输入 uname -r ，查看内核版本

从返回结果可以看出，已经成功安装了新内核，但系统调用是否有用，还得用程序验证一下：

（1）安装 gcc
在【终端】中输入 apt-get -y install gcc

（2）编写测试程序 test.c
在【终端】中键入 vim test.c ,此时新建了一个 test.c 的c文件，在文件输入以下内容：

include<stdio.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<sys/syscall.h>
#include<unistd.h>
void main(){
        long a=syscall(439,4);
        printf("the result is %ld.\n",a);
}
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保存后退出，在【终端】中依次执行 gcc test.c -o test.out 、./test.out

由 result is 64. ，可以看出，内核编译是成功了！！！

四、可能的错误

  在实验过程中，出现了太多的错误，大多是因为没有安装一些相应的依赖包，以及系统调用函数的书写错误而导致，那都是博主的辛酸史，没有必要记录下来，读者们只需要按照上述步骤依次执行，就可以成功完成实验。
  在重启系统时，出现了下图错误（忘记截图了，从网上盗了一张），尝试了挺多的办法，最后从一博文中看到，修改虚拟机内存大小即可解决该问题，博主原先的是2GB，后来修改为4GB，果断解决了问题，成功进入新内核的Ubuntu系统。

五、总结

  很是欣赏专业老师的一句话，大抵是说，只有经过一段痛苦的折磨，才能够有所成长。的确，这两天不断在改内核，编译内核，其间不知翻了多少次车，一个个可能的错误不停地排除，浪费的时间主要是在内核编译上，一次修改后的重新编译差不多就是一小时，一天又有几个一小时呢？
  通过这次实验，对Linux系统的内核了解了一点，可能连皮毛也不算，但较之之前的一无所知，博主心中已是知足，在修改内核过程中，对vim的操作以及Linux的一些常规命令也更加熟悉了，相比之下，这才是我收获最大的地方，毕竟，从事IT行业，Linux是基础。

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PS:

• 注意本篇博文是在Ubuntu 20.04的基础上来写的，所有步骤在其上均可通过，博主又测试了Ubuntu 18.04，也可通过，但并不保证在所有的Linux系统上均可以无错误地通过；
• 留给虚拟机的磁盘尽量大点，建议50GB起，磁盘空间不够也会引发未知错误；
• 实验验证前面内容（内核编译）于2023年6月重新修正
• 博文若有不妥的地方，欢迎读者们在评论区留言，博主一定改进；
• 本文为博主原创文章，若要转载，请注明出处。