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Linux内核期末复习

1、P22-25

2、P36、P165

call指令的作用：

将当前 CS:EIP 的值压入栈顶，CS:EIP 指向别调用的函数的入口地址。

ret指令的作用：

从栈顶弹出原来保存在这里的 CS:EIP 的值，放入 CS:EIP 中。

进程切换时用什么函数

schedule()

_switch_to_函数如何理解怎么实现

简易实现：

// 定义进程控制块（PCB）结构体
struct pcb {
    // 进程ID等信息
    int pid;
    // 寄存器状态等上下文信息
    // 这里假设只保存了通用寄存器eax和ebx
    int eax;
    int ebx;
};

// 全局变量，当前运行的进程
struct pcb *current_process;

// 简化版的_switch_to_函数
void _switch_to_(struct pcb *next_process) {
    // 保存当前进程的寄存器状态
    current_process->eax = eax;
    current_process->ebx = ebx;

    // 加载下一个进程的寄存器状态
    eax = next_process->eax;
    ebx = next_process->ebx;

    // 将当前进程更新为下一个进程
    current_process = next_process;
}

3、gcc、gdb命令

gdb

堆栈汇编典型示例：

反汇编指令：

objdump [options] <file>

4、内嵌汇编（10号系统调用）

#include <stdio.h>

int main() {
    long result;
    long syscall_number = 10; // 10号系统调用的编号
    long arg1 = 1; // 参数1
    long arg2 = 2; // 参数2

    asm volatile (
        "mov %1, %%rax\n\t"    // 将系统调用号存入寄存器rax
        "mov %2, %%rdi\n\t"    // 将参数1存入寄存器rdi
        "mov %3, %%rsi\n\t"    // 将参数2存入寄存器rsi
        "syscall\n\t"          // 进行系统调用
        "mov %%rax, %0\n\t"    // 将返回值存入变量result
        : "=r" (result)         // 输出操作数：返回值存入result
        : "r" (syscall_number), "r" (arg1), "r" (arg2) // 输入操作数：系统调用号、参数1、参数2
        : "%rax", "%rdi", "%rsi" // 受影响的寄存器
    );

    printf("Result: %ld\n", result);
    return 0;
}

5、fork()系统调用

0、1、2号进程

fork()内核机制

fork()通过clone()进入内核态，clone()调用do_fork()，创建一个新的进程，并复制当前进程的所有上下文信息（包括程序代码、数据、堆栈、文件描述符等）到新进程中，将子进程设为就绪状态，放入调度器，当在适当的时候被调度时，内核会给子进程分配唯一的PID，更新子进程的资源使用情况，接下来，内核会更新子进程的页表，使得子进程拥有自己的虚拟地址空间，并与父进程共享物理内存页（使用写时复制机制)，子进程从fork()位置开始执行。

写时复制：

在fork()调用时，父进程的所有内存页都被标记为"只读"。
当父进程或子进程试图修改一个共享的内存页时，操作系统内核会接收到一个页面错误（Page Fault）异常。
在页面错误处理程序中，内核会为子进程分配一个新的物理内存页，并将父进程的内容复制到新的内存页中。
然后，内核更新子进程的页表，将修改后的内存页映射到子进程的虚拟地址空间中。

为什么fork()子进程返回到ret_from_fork后

为了保证子进程在正确的位置开始执行，可以正常返回用户态，而不是继续执行父进程的代码。

execve函数

int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

其中，argv[]是一个以NULL结尾的字符串数组，用于传递命令行参数给新程序。每个字符串元素都是一个命令行参数，第一个元素通常是可执行文件的名称。

envp[]是一个以NULL结尾的字符串数组，用于传递环境变量给新程序。每个字符串元素都是一个环境变量，形如"key=value"的格式。

#include <unistd.h>

int main() {
    char *const argv[] = { "program", "arg1", "arg2", NULL };
    char *const envp[] = { "VAR1=value1", "VAR2=value2", NULL };

    execve("/path/to/program", argv, envp);

    // execve函数执行成功后，下面的代码不会被执行到，
    // 因为进程已经被替换为新程序。
    // 如果execve函数执行失败，会返回-1，并根据errno设置相应的错误码。

    return 0;
}