20135317 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、给MenuOS增加time和time-asm命令

1. 克隆并自动编译MenuOS

rm menu -rf 强制删除原menu文件
git clone http://github.com/mengning/menu.git 从github中克隆

cd menu
make rootfs 运行自动编译脚本,生成根文件系统,启动MenuOS

2. 给MenuOS增加time和time-asm命令

  • 更新menu代码到最新版
  • test.c中main函数里,增加MenuConfig
  • 增加对应的两个函数:Time和TimeAsm
  • make rootfs

二、调试内核

1. 使用gdb跟踪调试内核

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
------------分隔线------------
gdb
(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux		//加载符号表
(gdb)target remote:1234		//连接
  • b sys_time:在系统调用time的位置设置断点
  • c:在MenuOs里使用time,停在断点处

三、系统调用在内核代码中的处理过程

1. 系统调用在内核代码中的工作机制和初始化

  • main.c中start_kernel函数:trap_init()
  • set_system_trap_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call)
    • SYSCALL_VECTOR:系统调用的中断向量
    • &system_call:汇编代码入口
  • 一执行int 0x80,系统直接跳转到system_call。

2. 系统调用——一个特殊的中断

  • SAVE_ALL:保存现场

  • call *sys_call_table(,%eax,4)调用了系统调度处理函数,eax存的是系统调用号,是实际的系统调度程序。

    • sys_call_table:系统调用分派表
  • syscall_after_all:保存返回值

  • 若有sys_exit_work,则进入sys_exit_work:会有一个进程调度时机。

    • work_pending -> work_notifysig,用来处理信号
      • 可能call schedule:进程调度代码
      • 可能跳转到restore_all,恢复现场。
  • 若无sys_exit_work,就执行restore_all恢复,返回用户态。

  • INTERRUPT_RETURN <=> iret,结束。

- 在系统调用返回之前,可能发生进程调度,进程调度里就会出现进程上下文的切换。
- 进程间通信可能有信号需要处理。
- 可以将内核视为一系列中断指令的集合。

四、实践

1. 使用gdb跟踪分析122号系统调用内核函数:uname

  • 先执行rm menu -rf,强制删除原有的menu文件夹,使用git命令更新menu代码至最新版。

  • 在test.c中增加我编写的两个函数:Uname()和UnameAsm()

  • 在main函数中增加两个函数的MenuConfig命令项:

  • make rootfs编译错误:

    • 原因:忘记添加头文件<sys/utsname.h>
  • 编译运行,在MenuOS中输入help,可以查看当前所有的系统调用,分别执行uname、uname-asm进行系统调用:

  • 插入断点并调试:

2. 从system_call到iret

  • 简单流程

五、总结:从系统调用处理过程到一般的中断处理过程

系统调用就是特殊的一种中断

1. 保存现场

  • 在系统调用时,我们需要SAVE_ALL,用于保存系统调用时的上下文。
  • 同样,中断处理的第一步应该也要保存中断程序现场。
  • 目的:在中断处理完之后,可以返回到原来被中断的地方,在原有的运行环境下继续正确的执行下去。

2. 确定中断信息

  • 在系统调用时,我们需要将系统调用号通过eax传入,通过sys_call_table查询到调用的系统调用,然后跳转到相应的程序进行处理。
  • 同样,中断处理时系统也需要有一个中断号,通过检索中断向量表,了解中断的类型和设备。

3. 处理中断

  • 跳转到相应的中断处理程序后,对中断进行处理。

4. 返回

  • 系统调用时最后要restore_all恢复系统调用时的现场,并用iret返回用户态。
  • 同样,执行完中断处理程序,内核也要执行特定指令序列,恢复中断时现场,并使得进程回到用户态。