Linux 核心原始碼閱讀入門：原始碼目錄架構解析與新增系統呼叫實戰演練

核心原始碼目錄架構（以 2.6.x 為例）

原始碼通常位於 /usr/src/linux/，採樹狀結構：

每目錄下通常含 Makefile、.depend（相依關係）、README（說明）。

實戰：為核心新增一個系統呼叫

平台環境

• 硬體：Intel Pentium II
• OS：Red Hat Linux 6.0
• 核心：2.2.5（範例版本，現代核心流程類似）

關鍵流程追蹤

1. 啟動與初始化：
   arch/x86/boot/bootsect.S → arch/x86/kernel/setup.S → arch/x86/kernel/head.S（建立 IDT，含 system_call 入口） → init/main.c:start_kernel() → arch/x86/kernel/traps.c:trap_init() → set_system_gate(SYSCALL_VECTOR, &system_call) 將系統呼叫掛在中斷 0x80。
2. 系統呼叫總控：
   arch/x86/kernel/entry.S 中的 system_call（組合語言）負責保存暫存器、驗證呼叫號、依 sys_call_table 跳轉對應服務例程、恢復暫存器返回用戶空間。
3. 系統呼叫號定義：
   include/asm-x86/unistd.h 定義 __NR_xxx 常數，對應 sys_call_table 索引。
4. 系統呼叫表：
   arch/x86/kernel/syscall_table.S（或 entry.S 內）陣列儲存各服務例程位址。

新增系統呼叫步驟（核心 2.6/3.x/4.x/5.x 通用原則）

1. 在 include/uapi/asm-generic/unistd.h（或架構專屬 unistd.h）定義新呼叫號 __NR_mysyscall，並更新 __NR_syscalls 總數。
2. 在 kernel/sys_ni.c 或新檔 kernel/mysyscall.c 實作服務例程：
   asmlinkage long sys_mysyscall(int arg) { ... }
3. 在 arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl（x86_64）或 syscall_32.tbl 註冊：
   333 common mysyscall sys_mysyscall
4. 重新編譯核心：
   make menuconfig → make -j$(nproc) → make modules_install install
5. 重開機測試：
   用戶空間呼叫 syscall(__NR_mysyscall, arg) 或撰寫 wrapper 函式。

現代核心注意事項

• x86_64 使用 syscall 指令（而非 int 0x80），入口為 entry_SYSCALL_64。
• 系統呼叫表為唯讀記憶體，動態修改需關閉寫入保護（cr0），不建議生產環境使用。
• 優先考慮擴充現有介面（ioctl、procfs、sysfs、netlink），避免新增系統呼叫。

閱讀核心原始碼的方法論

1. 由入口點切入：start_kernel()、sys_open()、tcp_v4_connect() 等具體功能函式。
2. 善用工具：cscope、ctags、LXR（elixir.bootlin.com）、grep -r。
3. 追蹤資料結構：理解 struct task_struct、struct file、struct inode、struct socket 等核心物件。
4. 閱讀註解與文檔：Documentation/ 目錄、函式標頭註解、kernel-doc 產生的手冊。
5. 實驗驗證：加入 printk、使用 ftrace/perf/kprobes 動態追蹤。