Linux内核分析第五周——扒开系统调用的“三层皮”（下）

Linux内核分析第五周——扒开系统调用的“三层皮”（下）

李雪琦+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、知识点总结

（一）给MenuOS增加time和time-asm命令

• 1.更新menu代码到最新版
• 2.test.c中main函数里，增加MenuConfig()
• 3.增加对应的两个函数，Time和TimeAsm函数
• 4.make rootfs自动编译脚本

（二）使用gdb调试跟踪系统调用内核函数sys_time

• 为处理time函数的系统调用systime设置断点之后，在menuOS中执行time。发现系统停在systime处。继续按n单步执行，会进入schedule函数。
• sys_time返回之后进入汇编代码处理，gdb无法继续跟踪。
• 如果在syscall设置断点（entry32.S），然后输入c之后，发现是不会在sys_call处停下来的（因为这里是一处系统调用函数而不是正常函数）。

（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

• 整个系统调用过程中，时间很重要。

• 以system_call为例，int 0x80指令与systemcall是通过中断向量联系起来的，而API和对应的sys是通过系统调用号联系起来的。

• 用户态时，系统调用xyz()使用int 0x80，它对应调用system_call。

• 右边的处理过程（汇编代码）非常重要，通过系统调用号匹配起来。

2.系统调用机制的初始化

trap_init函数里面有一个set_system_trap_gate函数，其中涉及到了系统调用的中断向量SYSCALL_VECTOR和汇编代码入口system_call，一旦执行int 0x80，CPU直接跳转到system_call来执行。

3.简化后便于理解的system_call伪代码

systemcall的位置就在ENTRY（systemcall）处，其他中断的处理过程与此类似。

• 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。

4.简单浏览system_call到iret之间的主要代码

• 1.SAVE_ALL：保存现场
• 2.syscall_call:调用了系统调用处理函数
• 3.restore_all：恢复现场（因为系统调用处理函数也算是一种特殊的“中断”）
• 4.syscallexitwork：如3.中所述
• 5.INTERRUPT RETURN：也就是iret，系统调用到此结束

二、实验：分析system_call中断处理过程

（一）使用gdb跟踪分析一个系统调用内核函数（上周选择的系统调用）——getpid

• 1.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。

• 2.在test.c中添加C函数、汇编函数

• 3.make rootfs，输入help，可以看到qemu中增加了我们先前添加的命令。
  

（二）使用gdb跟踪分析一个系统调用内核函数

（三）system_call到iret过程流程图

三、总结

（一）从系统调用处理过程到一般的中断处理过程

1.保存现场

• 在系统调用时，用SAVE_ALL来保存系统调用时的上下文。
• 中断处理的第一步也是要保存中断程序现场。
• 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

• 在系统调用中，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。
• 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。

（二）使用gdb跟踪调试内核的方法：

• qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S 
• （gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
• （gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
• （gdb）break start_kernel # 断点的设置,注意寻找对应的系统调用函数名字，例如time命令对应sys_time