2021-2022-1 20212818《Linux内核原理与分析》第六周作业

一、实验内容

分析system_call中断处理过程：

• 使用 gdb 跟踪分析一个系统调用内核函数（您上周选择的那一个系统调用），系统调用列表参见 torvalds/linux。推荐在实验楼 Linux 虚拟机环境下完成实验。
• 根据本周所学知识分析系统调用的过程，从 system_call 开始到 iret 结束之间的整个过程，并画出简要准确的流程图

二、实验步骤

1、克隆menu（注意在LinuxKernel内进行操作）

rm -rf menu //强制删除当前menu
git clone git://github.com/mengning/menu.git //重新克隆新版本的menu
cd menu
ls

实验运行界面如下图：

 2、打开test.c并在其中添加上次实验使用的gitpid的c函数以及汇编代码，使用如下指令打开test.c文件

vim test.c

 然后在test.c中添加函数Getpid和GetPidAsm： 

 

 在main函数中加入两条MenuConfig语句

 3、然后在命令行输入如下指令

make rootfs

 

4、在QEMU对话框中输入help，可以看到qemu中增加了先前我们添加的命令

 

 5、执行新增加的命令getpid和getpid_asm

5、使用gdb跟踪分析一个系统调用内核函数，并在start_kernel处设置断点，输入命令c继续执行，执行过程和在QEMU中的结果如下图：

 6、查看所选用的系统调用函数

 7、继续在sys_getpid处设置断点，发现执行命令getpid时并没有停下，却在执行getpid_asm时停下了

8、进行若干次单步执行，发现出现了进程调度函数，并返回了进程调度函数中的一个当前进程任务的值

9、在system_call处设置断点，程序执行到system_call时会停止，当继续执行时，刚才停下的getpid_asm返回值。

 三、分析系统调用函数

 1、系统调用在内核代码中的工作机制和初始化

        a、main.c中的start_kernel函数调用trap_init函数，trap_init函数调用set_system_trap_gate函数，set_system_trap_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call)函数绑定了中断向量0x80和system_call中断服务程序入口之后，一旦执行int 0x80，cpu就直接跳转到system_call这个位置来执行。

        b、SYSCALL_VECTOR：系统调用的中断向量

2.系统调用是一个特殊的中断

        a、SAVE_ALL：保存现场

        b、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

        c、sys_call_table：系统调用分派表，syscall_after_all：保存返回值

        d、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。

        e、若无sys_exit_work，就执行restore_all恢复，返回用户态INTERRUPT_RETURN <=> iret，结束。

system_call的流程示意图如下所示： 

四、实验总结

        通过这次实验，我对系统调用函数的调用过程更加熟悉，更加理解其原理，对system_call函数的流程也理解地更加透彻。

        并学会了调试内核函数的方法：

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
gdb
（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