System Call 구현 기초 (since 2004) (교재에는 7th 2006에 포함)

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1 System Call 구현 기초 (since 2004) (교재에는 7th 2006에 포함)
Linux 커널의 새로운 시스템 호출 구현은 아래 두 가지 작업으로 구성 커널 수정 시스템 호출 번호 할당 시스템 호출 테이블 등록 시스템 호출 처리 함수 구현 커널 컴파일 및 리부팅 새로운 시스템 호출을 이용하는 사용자 수준 응용 시스템 호출을 사용하는 프로그램 작성 라이브러리 작성(꼭 필요한 것은 아님) 커널을 수정하기 위해서는 커널 소스 필요 Fedora 13 이상의 경우 커널 개발 패키지를 설치하면 /usr/src/kernels 디렉토리 밑에 설치됨 (커널 버전 ) 다운로드 $ wget $ ftp ftp.kernel.org Name: anonymous Password: [Enter] cd /pub/linux/kernel 커널 소스를 구해서 /usr/src/kernels 디렉토리 밑에 설치 $ tar xvfz linux tar.gz 또는 $ tar xvfj linux tar.bz2 설치한 소스 디렉토리를 mylinux로 심볼릭 링크 $ ln –s linux mylinux $ ftp ftp.kernel.org id: anonymous password: [Enter] ftp> binary ftp> cd pub/linux/kernel/v2.6 ftp> get linux tar.gz (또는 bz2 파일) ppt reader 설치: $ yum

2 윈도우 환경에서 컴퓨터 네트워크 설정 값을 확인한다
Windows: C:\WINDOWS\system32\ipconfig.exe Linux: $ ifconfig 프로그램과 기타를 클릭한다 네트워크 연결을 클릭한다

3 유선 탭에서 자신의 네트워크 장치클릭하고 IPV4 탭 선택 후 편집을 누른다.
네트워크 설정 값들을 입력한 후 저장한다. IP : ~ 131 넷마스크 : 게이트웨이: DNS 서버 : ※ 할당된 IP 확인  Windows: ipconfig 또는 Linux: ifconfig

4 시스템 호출 과정 ENTRY(system_call) /*arch/x86/kernel/entry_32.S 496*/ main
SAVE_ALL …. call *sys_call_table(,%eax,4) main { … syscall (__NR_newsyscall); } IDT(IVT) 0x0 divide_error() degug() nmi() ENTRY(sys_call_table) /*arch/x86/kernel/syscall_table_32.S*/ … 1 2 3 4 sys_restart_syscall() … syscall() { movl 338, %eax int $0x80 } 0x80 system_call() sys_exit() /*real handler*/ asmlinkage int sys_newsyscall() { printk(…); } … sys_fork() sys_read() sys_write() sys_newsyscall() IDT: Interrupt Descriptor Table = IVT: Interrrupt Vector Table /usr/include/asm/unistd_32.h /usr/src/kernels/linux /arch/x86/include/asm/unistd_32.h

5 syscall /usr/include/unistd.h 라인 1078 extern long int syscall (long int __sysno, ...) __THROW; /usr/src/kernels/linux /arch/x86/include/asm/unistd_32.h #define _syscall0(type,name) \ type name(void) \ { \ long __res; \vi unistd_32.h __asm__ volatile ("int $0x80" \ : "=a" (__res) \ /* eax register */ : "0" (__NR_##name)); \ __syscall_return(type,__res); \ }

6 커널 수정 (1) 시스템 호출 번호 할당 Linux 커널이 제공하는 시스템 호출은 각각 고유한 번호를 갖는다
$ vi /usr/src/kernels/mylinux/arch/x86/include/asm/unistd_32.h 파일 수정 #define __NR_newsyscall 341 (새로운 시스템 호출 번호 341 추가) #define NR_syscalls 342 (시스템 호출 개수를 0~341 즉 342 로 수정) /* arch/x86/include/asm/unistd_32.h 파일의 내용 */ #ifndef _ASM_I386_UNISTD_H_ #define _ASM_I386_UNISTD_H_ #define __NR_exit 1 #define __NR_fork 2 #define __NR_read 3 … #define __NR_prlimit64 340 #define __NR_newsyscall 341 #ifdef __KERNEL__ #define NR_syscalls 342 $ vi /usr/include/asm/unistd_32.h 파일도 똑같이 수정

7 커널 수정 (2) 시스템 호출 테이블 등록 시스템 호출처리 함수는 sys_call_table 테이블에 등록
$ vi /usr/src/kernels/mylinux/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S 에 구현 /* 340 */ 찾은 다음 /* 341 */ 라인에 .long sys_newsyscall 라인을 추가 ENTRY(sys_call_table) .long sys_restart_syscall /* 0 - old "setup()" system call, used for restarting */ .long sys_exit .long sys_fork .long sys_read .long sys_write .long sys_open /* 5 */ … .long sys_prlimit /* 340 */ .long sys_newsyscall

8 커널 수정 (3) 시스템 호출 처리 함수 구현 일반 적으로 태스크 관리자 관련 함수는 /usr/src/kernels/mylinux/kernel/ 파일 시스템 관련 함수는 /usr/src/kernels/mylinux/fs/ 밑에 구현 구현할 함수를 /usr/src/kernels/mylinux/kernel/ 디렉토리 밑에 newsyscall.c 구현 $ vi /usr/src/kernels/mylinux/kernel/newsyscall.c 코딩 /* /usr/src/mylinux/kernel/newsyscall.c */ #include <linux/linkage.h> #include <linux/unistd.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/sched.h> asmlinkage int sys_newsyscall() { printk("Hello Linux, 자기 학번 Sung MeeYoung is in Kernel\n"); return 0; } $ vi /usr/src/kernels/mylinux/kernel/Makefile 수정 obj -y = 라인에 newsyscall.o 추가

9 커널 수정 (4) 커널 구성 $ cd /usr/src/kernels/mylinux (커널 소스의 상위 디렉토리로 이동)
$ make mrproper (기존의 커널 설정 제거) 커널 버전 2.6부터 make dep 과 make clean 불필요 $ cp ../ rcl.fc15.i686.PAE/.config ./ $ make oldconfig (실행후 선택문 모두 엔터) 아래 3 가지 중 한 가지만 실행 (재구성할 때는 .config 파일 삭제하고 구성) $ cp ../ fc14.i686.PAE /.config ./ 또는 $ make menuconfig (범용적 커널 설정 스크립트 실행) -*- Networking supprot > (Select) WiMax, RF switch subsystem 체크 해제 또는 $ make xconfig (그래픽 환경)

10 커널 수정 (5) 커널 컴파일 커널 인스톨 생성된 커널을 /boot 디렉토리에 복사 부트로더 설정 옵션은 아래 사이트 참고
$ make bzImage (컴파일, 새 커널 생성) 커널 인스톨 모듈로 구성된 커널 내부 구성 요소를 알려주고, 이후 구성 요소들이 사용될 때 자동으로 커널에 적재되게 함 $ make modules (모듈 컴파일) $ make modules_install (모듈 인스톨) 생성된 커널을 /boot 디렉토리에 복사 $ make install (아래 작업 자동 수행) [ $ cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz ] [ $ cp System.map /boot/System.map (새 System.map으로 대치 ) ] 부트로더 설정 $ vi /etc/grub.conf default=0 title Fedora ( ) mylinux /* title 수정 */ $ reboot 부팅시에 F5로 커널 선택화면 전환 후 부트로드에서 새로 컴파일 한 커널 선택 후 부팅

11 실습 0: newsyscall() #include <linux/unistd.h> 사용자 수준 응용 test.c 작성
#include <errno.h> #include <stdio.h> main() { int i; i=syscall(__NR_newsyscall); printf(“%d\n”, i); } $ gcc –o test test.c 컴파일 $ ./test 실행 결과 확인 방법 $ dmesg | tail Control-Alt F5 consol 모드 전환 login: root Password: u***l**** Control-Alt F1 graphic 모드 복귀 라이브러리 작성(선택사항) $ gcc –c newsys.c $ ar –r libnew.a newsys.o $ ranlib libnew.a $ vi test.c $ gcc test.c –L /root(libnew.a 있는 디렉토리) -lnew $ ./a.out /* contents of newsys.c */ …독립된 파일 #include <linux/unistd.h> #include <errno.h> call() { return syscall(__NR_newsyscall); } /* contents of test.c */ …독립된 파일 main() int i; i = call();

12 실습 1: sys_gettaskinfo()
current(/usr/src/kernels/mylinux/arch/x86/include/asm/current.h : 17행)라는 전역 변수가 task_struct (/usr/src/mylinux/include/linux/sched.h : 1167행) 자료구조를 포인팅 $ vi /usr/src/kernels/mylinux/kernel/gettaskinfo.c #include <linux/linkage.h> #include <linux/unistd.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/sched.h> asmlinkage int sys_gettaskinfo() { int i,cnt =0; printk("PID: %d\n",current->pid); printk("PPID: %d\n",current->parent->pid); if(current->state == -1) printk("Unrunable state\n"); else if (current->state == 0) printk("Runable state\n"); else if (current->state == 1) printk("Interruptable state\n"); else if (current->state == 2) printk("Uninterruptable state\n"); else if (current->state == 4) printk("Stopped state\n"); else if (current->state == 8) printk("Zombie state\n"); else if (current->state == 16) printk("Dead state\n"); else printk("Unkown sate\n"); printk("Priority: %lu\n", current->rt_priority); printk("Scheduling Policy: %lu\n",current->policy); printk("User CPU time: %lu ticks\n", current->utime); printk("System CPU time: %lu ticks\n", current->stime); printk("Start time: %lu \n", current->start_time); printk("Number of major faults: %lu\n", current->maj_flt); printk("NUmber of minot faults: %lu\n", current->min_flt); return(0); } 사용자 응용 test1.c 작성 #include <linux/unistd.h> #include <errno.h> #include <sys/syscall.h> main() { int i; i=syscall(__NR_gettaskinfo); } /* 커널 구성 하지 않고 시스템 호출만 추가 */ $ make bzImage $ cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz $ reboot

13 태스크 리스트 init_task prev_task next_task … task_struct

14 실습 2: getstat() sys_getstat(int id, struct mystat *user_buf) 시스템 호출(342번) 구현 [참고서적] 리눅스 매니아를 위한 커널 프로그래밍 p70~74 /* 헤더 파일 mystat.h */ struct mystat { int pid; int ppid; /* * pid_t pid; * pid_t ppid; */ int state; int priority; int policy; long utime; long stime; long starttime; unsigned long min_flt; unsigned long maj_flt; int open_files;};

15 실습 2 사용자 응용 test2.c 시스템 호출 처리 함수 getstat.c /* getstat.c */
#include <linux/unistd.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/sched.h> #include <../arch/x86/include/asm/uaccess.h> #include "mystat.h" #include <linux/slab.h> #include <linux/file.h> asmlinkage int sys_getstat(int id, struct mystat *user_buf) { struct mystat *buf; int i = 0, cnt = 0; struct task_struct *search; search = &init_task; while(search->pid != id) search = list_entry((search)->tasks.next, struct task_struct, tasks); if(search->pid == init_task.pid) return(-1); } buf = kmalloc(sizeof(struct mystat), GFP_KERNEL); if(buf == NULL) buf->pid = search->pid; buf->ppid = search->parent->pid; buf->state = search->state; buf->priority = search->rt_priority; buf->policy = search->policy; buf->utime = search->utime; buf->stime = search->stime; buf->min_flt = search->min_flt; buf->maj_flt = search->maj_flt; copy_to_user((void *)user_buf, buf, sizeof(struct mystat)); return 0; 사용자 응용 test2.c #include <linux/unistd.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include "mystat.h" #include <stdlib.h> struct mystat *mybuf; int i; int main(int argc, char* argv[]) { int task_number; if(argc != 2) printf("USAGE: a.out pid\n"); exit(1); } task_number = atoi(argv[1]); mybuf = (struct mystat *)malloc(sizeof(struct mystat)); if(mybuf == NULL) printf("Out of Memory\n"); printf("PID %d\n",task_number); i = syscall(__NR_getstat, task_number, mybuf); printf("%d\n", i); printf("PID = %d\n", mybuf->pid); printf("PPID = %d\n", mybuf->ppid); if(mybuf->state == -1) printf("Unrunable state\n"); else if(mybuf->state == 0) printf("Running state\n"); else if(mybuf->state == 1) printf("Interruptable state\n"); else if(mybuf->state == 2) printf("Uninterruptable state\n"); else if(mybuf->state == 4) printf(" Stopped state\n"); else if(mybuf->state == 8) printf(" Zombie state\n"); else if(mybuf->state == 16) printf("Dead state\n"); else printf("Unknown state\n"); printf("Priority = %d\n", mybuf->priority); printf("Policy = %d\n", mybuf->policy); printf("Task.utime = %lu\n", mybuf->utime); printf("Task.stime = %lu\n", mybuf->stime); printf("Task.starttime = %lu\n", mybuf->starttime); printf("minor fault = %lu\n", mybuf->min_flt); printf("major fault = %lu\n", mybuf->maj_flt); printf("opened files = %lu\n", mybuf->open_files); return 0;

16 커널 컴파일과 커널 교체 기존의 컴파일된 커널을 수정된 커널로 교체할 때 사용한다 생성된 커널을 /boot 디렉토리에 복사
모듈 컴파일이 완료 된 상태에서 모듈 설정 없이 커널만 수정할 경우 모듈 컴파일은 하지 않고 커널 컴파일과 커널 교체 작업만 한다 $ pwd /usr/src/kernels/mylinux $ make mrproper (기존의 커널 설정 제거) $ cp / rcl.fc15.i686.PAE/.config ./ $ make oldconfig (실행 후 선택문 모두 [Enter]) $ make bzImage 생성된 커널을 /boot 디렉토리에 복사 $ make install (아래 작업 자동 수행하고 새 커널 버전 생성) [ $ cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz ] [ $ cp System.map /boot/System.map (새 System.map으로 대치 ) ] 새 커널 버전 생성 원하지 않으면 커널 이미지만 복사 $ cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz 부트로더 설정 $ vi /etc/grub.conf default=0 title Fedora ( ) mylinux $ reboot (부팅시에 F5로 커널 선택화면 전환 후 부트로드에서 새로 컴파일 한 커널 선택 후 부팅)