20135202闫佳歆--week5 系统调用（下）--学习笔记

此为个人笔记存档

week 5 系统调用（下）

一、给MenuOS增加time和time-asm命令

这里老师示范的时候是已经做好的了：

rm menu -rf 强制删除

git clone http://github.com/mengning/menu.git   克隆相关信息

cd menu

make rootfs 一个脚本，自动编译自动生成根文件系统，并自动启动MenuOS

如何实现？

- 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 自动编译脚本

二、使用gdb跟踪系统调用内核函数sys_time

之前已经学习过调试内核的方法如下：

• 使用gdb跟踪调试内核

  qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S # 关于-s和-S选项的说明：
  
  另开一个shell窗口

  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 加载符号表

跟踪系统调用内核函数sys_time：

（gdb）b sys_time
（gdb）c    # 启动到MenuOs
// 在MenuOs中使用time，会停在time函数处
（gdb）list # 可以看到对应代码
（gdb）s    # 单步执行
（gdb）finish # 将这个函数执行完
// 以上两步重复使用，可以看到sys_time函数中的函数，直到看见return i
// sys_time返回后进入汇编代码处理，gdb无法继续进行追踪

系统调用指令：

// 执行int 0x80之后执行system_call对应的代码
（gdb）b system_call # 是可以设置断点的，但是这段是汇编代码，运行时不能在这个断点处停下逐句分析。

system_call不是一个正常意义上的函数，只是一段汇编代码的起点。

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

※系统调用的时间很重要。

以system_call为例：

系统调用机制的初始化：

trap_init里面有一个set_system_trap_gate函数，函数定义中有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，系统直接跳转到system_call来执行。

2.简化后便于理解的system_call伪代码

system_call代码在 arch/x86/kernel/entry_32.S中，有一个ENTRY(system_call)。



系统调用就是一个特殊一点的中断，所以也有保护现场与恢复现场。

可以从上图中看到SAVE_ALL

• sys_call_table是系统调用分派表

• syscall_after_all，需要先保存返回值

• sys_exit_work
  
  没有这个就restore_all，返回用户态。
  
  一旦进入sys_exit_work:会有一个进程调度时机。
  
  (从此往后为按照下列简化代码的)需要跳转到work_pending，

    worknotifysig处理信号
    work_resched处理新调度
  

这段相关代码非常长有几百行，所以视频里老师简化了一下，如下图：

照旧从ENTRY(system_call)看起

下面有SAVE_ALL，也有sys_call_table系统调用分派表，对应的处理函数是：

sys_call_table(,%eax,4)
这里在上周的学习笔记里提到过，JMP(EAX*4 + system_xxx)

退出时会判断当前任务是否需要处理sys_exit_work，如果不需要，就restore all，返回用户态。

从以上可以看出：

1. 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
2. 进程间通信可能有信号需要处理

理解后，可以将内核视为一系列中断指令的集合。（内核线程当做一般进程理解）

3.简单浏览system_call到iret之间的主要代码

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，这段是实际的系统调度程序。

restore_all

INTERRUPT_RETURN，是个宏，实际上就是iret，结束。

这个过程中会有sys_exit_work

sys_exit_work中会有work_pending

work_pending中会有work_notifysig，用来处理信号

可能call schedule 进程调度代码

还可能跳转到restore_all，恢复现场。

这一部分可以视为上一节的整理。