学习笔记 --- LINUX 应用调试之添加系统调用

一、原理
要想自制系统调用，当然首相要做的就是明白系统调用的过程：
我们拿open函数来举个例子：当用户空间执行open函数时，会通过glibc函数库的作用最终去调用sys_open函数，sys_open函数最终又会调用我们具体注册的open函数！那么这里最主要的就是glibc函数库干了些什么呢？其实它的作用就是当用户空间执行open函数时，会去执行一条swi #val指令，这条指令会使cpu发生异常，并跳转到异常向量入口：vector_swi处去执行，之后的代码会根据引发异常的指令取出其中的参数，并根据这个参数调用对应的处理函数！sys_open、sys_read、sys_write这些函数是放在一个数组里面的，就是根据取出的这个val值为下标找到sys_open函数！
说的有点乱，我们来理一理：app调用open->swi #val->引发cpu异常->跳转到异常向量入口处->根据引发异常的指令调用对应的处理函数！

那么我们自制系统调用的话，需要实现两点：
1、写一个应用函数：swi #val
2、在内核里面仿sys_xxx写一个函数，放入数组！
前者用于引发异常，后者用于具体实现！

二、实现
1、内核函数
（1）在arch/arm/kernel/call.S文件里面的CALL()列表的最后添加一项，如：CALL(sys_hello)
这里是用来调用sys_hello
（2）在fs/read_write.c文件里加入如下代码：

asmlinkage void  sys_hello(const char __user * buf, size_t count)
{
    char ker_buf[100];
    if(buf)
        {
            copy_from_user(ker_buf,buf,(count<100) ? count:100);
            ker_buf[99]='\0';
            printk("sys_hello:%s\n",ker_buf);
        }
}

这里是sys_hello的具体实现
（3）在include/linux/syscalls.h文件里加入如下代码：
asmlinkage void  sys_hello(const char __user * buf, size_t count);
这是对函数sys_hello的声明
以上我们分别实现了函数的定义、声明和调用！这样内核里面的工作就完成了！

2、应用程序

#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#define __NR_SYSCALL_BASE       0x900000

void hello(char *buf, int count)
{
        /* swi */


        asm ("mov r0, %0\n"   /* save the argment in r0 */
             "mov r1, %1\n"   /* save the argment in r0 */
                 "swi %2\n"   /* do the system call */
                 :
                 : "r"(buf), "r"(count), "i" (__NR_SYSCALL_BASE + 352)
                 : "r0", "r1");
}

int main(int argc, char **argv)
{
        printf("in app, call hello\n");
        hello("wangshuchang frank", 19);//这个函数会进行系统调用
        return 0;
}

当我们用原来的内核启动的时候，打印信息如下：

in app, call hello

当我们用新内核启动的时候，打印信息如下：
in app, call hello

sys_hello:wangshuchang frank

成功了！

这里我们只是实现了一个系统调用，那么系统调用在应用调试里面如何应用？下面这种调试方法不需要太知道了，一般不用，太变态了。一般知道系统调用的原理就OK啦！

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一、步骤
1、修改应用程序的可执行文件，替换某个位置的代码为swi val
2、执行程序
3、进入到sys_hello->在sys_hello里面打印信息->执行原来的指令->返回
二、具体实现
我们的应用程序是：

//file:test_sc.c
#include <stdio.h>

int cnt = 0;

void C(void)
{
 int i = 0;

 while (1)
 {
  printf("Hello, cnt = %d, i = %d\n", cnt, i);
  cnt++;
  i = i + 2;
                sleep(5);
 }
}

void B(void)
{
 C();
}


void A(void)
{
 B();
}

int main(int argc, char **argv)
{
 A();
 return 0;
}

具体步骤：
（1）编译：arm-linux-gcc test_sc.c -o test_sc
（2）反汇编：arm-linux-objdump -D test_sc > test_sc.dis
（3）我们打开上面得到的可执行文件和反汇编文件
比如我们想在C函数的i=i+2;处打断点的话，我们先在反汇编文件里面找到对应的指令：
84d4: e2833002  add r3, r3, #2 ; 0x2
其中：e2833002是机器码，这是我们所需要的！
我们去可执行文件里面去搜索这个机器码，在可执行文件里它对应的机器码应该是：02 30 83 e2
我们将此机器码改为swi指令的机器码！
我们可以将之前的文件反汇编一下，然后得到swi的机器码为：ef900160

（4）经过上面的修改，当程序执行到i=i+2;这条指令时，会产生系统调用，最终执行sys_hello函数。
在sys_hello函数里面，我们可以最一些必要的工作，具体程序如下：

//fs/read_write.c
asmlinkage void sys_hello(const char __user * buf, int count)
{
 static int cnt = 0;
 int val;
 int ret;
 struct pt_regs *regs; 
 
 /* 1. 输出一些调试信息 */
 /* 应用程序test_sc的反汇编里:       000107c8 <cnt>: */
       copy_from_user(&val, (const void __user *)0x000107c8, 4);
 printk("sys_hello: cnt = %d\n", val);

 
 /* 2. 执行被替换的指令: add r3, r3, #2 ; 0x2 */  
 /* 搜 pt_regs , 在它的结果里再搜 current */
       //获取当前进程的struct pt_regs结构体，这个函数需要本文件包含一个头文件：#include<asm/processor.h>
 regs = task_pt_regs(current);
 regs->ARM_r3 += 2;//相当于我们自己实现了那个被替换的指令

 /* 打印局部变量i */
 copy_from_user(&val, (const void __user *)(regs->ARM_fp - 16), 4);
 printk("sys_hello: i = %d\n", val);
 
 /* 3. 返回 */
 if (++cnt == 5)
 {
  copy_from_user(&val, (const void __user *)0x8504, 4);
  printk("[0x8504] code = 0x%x\n", val);
  printk("regs->ARM_lr  = 0x%x\n", regs->ARM_lr);
  val = 0xe2833002;

  ret = access_process_vm(current, 0x8504, &val, 4, 1);
  printk("access_process_vm ret = %d\n", ret);
  
  cnt = 0;
 }
 
 return;
}

此外还需要在：include/linux/syscalls.h 文件里将函数声明改为：asmlinkage void sys_hello(const char __user * buf, int count);

（5）编译内核，用新内核启动
（6）运行测试程序（在此之前要修改测试程序的权限：chmod 777 test_sc_swi），输出信息如下：
Hello, cnt = 0, i = 0
sys_hello: cnt = 1
sys_hello: i = 0
Hello, cnt = 1, i = 2
sys_hello: cnt = 2
sys_hello: i = 2
Hello, cnt = 2, i = 4
sys_hello: cnt = 3
sys_hello: i = 4
测试成功！

本节讲的调试方法比较晦涩，一般不会采用！