Linux内核添加自定义系统调用：进程资源检测

"添加系统调用至Linux内核的实践教程" 在Linux操作系统中，系统调用是用户空间程序与内核交互的主要接口。本教程详细介绍了如何为Linux内核添加一个新的系统调用，以实现对进程资源使用状况的检测。这是一项针对操作系统课程设计的任务，旨在加深对Linux内核工作原理的理解。 一、课程设计目标 1. 自定义系统调用功能：创建一个名为`get_process_usage`的系统调用，用于获取指定进程（由`pid_t`类型的`zPID`参数传递）的资源使用情况。返回值是一个`struct zgs_rusage`结构体，包含进程在用户态和系统态的执行时间、页面错误次数以及内存交换信息。 2. 编译和测试内核：确保新添加的系统调用能够在内核编译后正常工作，并且可以在用户空间进行有效调用。 二、课题内容 1. 添加系统调用：首先，需要在内核源码中定义新的系统调用函数。参考现有的`getrusage()`系统调用及其对应的`sys_getrusage()`服务例程，设计并实现`get_process_usage()`函数。结构体`struct zgs_rusage`应包含必要的资源使用信息字段，如用户态和系统态的时间、页面错误等。 2. 内核编译：更新后的内核源码需要通过相应的编译流程进行构建，包括配置、编译、链接和安装等步骤，以生成可加载的新内核模块或完整内核映像。 3. 测试验证：编写用户空间的测试程序，调用新系统调用并验证其返回结果的正确性。 三、设计思路 1. 系统调用实现流程： - **定义调用函数**：在`kernel/sys.c`或相关文件中添加`get_process_usage()`函数，实现所需功能。 - **登记调用号**：更新`include/asm-generic/unistd.h`或架构特定的unistd头文件，为新系统调用分配一个唯一的系统调用号。 - **添加服务例程**：在`arch/$(ARCH)/kernel/syscall_table.S`中注册新系统调用的服务例程，将系统调用号与`get_process_usage()`关联起来。 四、编译环境搭建 为了编译内核，需要确保有完整的开发环境，包括交叉编译工具链（如果在非目标平台编译）和内核配置工具。在终端中，设置必要的环境变量，运行`make menuconfig`配置内核选项，然后执行`make`和`make modules_install`命令来编译和安装内核模块。 五、测试与调试 1. 使用`insmod`或`modprobe`加载新编译的内核模块，或者直接引导新内核。 2. 在用户空间编写测试程序，通过`syscall()`或`__NR_get_process_usage`调用新系统调用，获取并打印进程的资源使用数据。 3. 使用`strace`或`gdb`等工具进行调试，检查系统调用的执行过程和返回结果，确保其功能正确无误。 通过以上步骤，学生可以全面了解Linux内核系统调用的添加、编译和测试流程，进一步理解内核与用户空间的交互机制。这不仅有助于提升编程技能，也有助于深入理解操作系统的内部运作。