20189220 余超《Linux内核原理与分析》第六周作业

系统调用的三层机制

实验过程

1.克隆MenuOS

rm menu -rf //强制删除当前menu

git clone http://git.shiyanlou.com/mengning/menu.git //重新克隆新版本的menu

cd menu

ls

2.打开test.c并在里面添加上次实验所用的getpid的c函数和汇编代码

3.在main函数中加入MenuConfig

4.make rootfs

5.使用hellp命令可以看到qemu中增加了我们先前添加的命令：

6.执行新增加的命令getpid getpid_asm可得：

7.gdb跟踪分析一个系统调用内核函数

8.在start_kernel处设置断点，继续执行，在qemu窗口的结果：

9.查看我所选用的系统调用的函数：

10.设置断点在sys_getpid处，发现执行命令getpid时并没有停下，在执行getpid_asm时停下了：

11.直接结束若干次单步执行，然后继续往下单步执行，发现出现了进程调度函数，返回了进程调度中的一个当前进程任务的值。

12.设置断点于system_call处。发现可停，而继续执行时，刚才停下的getuid_asm也返回了值。

实验分析

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——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。

3.system_call的流程示意图

遇到的问题

在进行gdb调试的时候，我导入文件的时候出现了下面的问题

原因：是因为我进入到了menu里面去了，应该退出来回到LinuxKernel的目录下面来执行调试。

回到上面的目录下载进行调试就可以导入文件了

本章总结

通过本章的学习和实验，我首先明白了系统调用是一种特殊的中断，初步理解了系统调用的过程。
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。
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。
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。

在实验部分我学到了：给menuOS增加命令的方法：

强制删除menu (rm menu -rf)

更新menu代码至最新版本（git clone https://github.com/mengning/menu.git）

在test.c中main函数中增加MenuConfig,以及增加上周自己选择Getegid,GetegidAsm的代码

Make roofts自动编译，生成，和启动根文件系统

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

（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