2019-2020-1 20199310《Linux内核原理与分析》第六周作业

1.问题描述

在前面的文章中，学习了系统调用的相关理论知识，并使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用getpid()系统调用。本文将内容围绕系统调用system_call的处理过程，在MenuOS中运行getpid命令，通过gdb跟踪调用time函数的过程，并分析system_call代码对应的工作过程。

2.解决过程

2.1 在MenuOS中运行getpid命令

进入LinuxKernel目录，删除menu目录，然后从github上克隆一个menu。该版本中已经写了time和time_asm两个系统调用，进入menu目录，运行make rootfs对menu内文件进行编译，打开MenuOS输入help查询系统调用函数如下所示：



在menu目录中找到test.c文件打开，写入getPid()方法调用系统调用，函数名应该避免与系统调用函数getpid()重复。



由于test.c种通过MenuConfig()定义了调用函数名，在MenuOS中直接输入pid可以调用，获得当前进程为1，该进程也叫根进程。它负责产生其他所有用户进程。所有的进程都会被挂在这个进程下。

2.2 gdb跟踪调用time函数的过程

退回LinuxKernel目录，shift+ctrl+o切换横屏，然后在终端1执行如下命令：

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

在终端2打开gdb，在start_kernel设置断点，执行如下命令：

gdb
file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
b start_kernel

可以看到，MenuOS在start_kernel处暂停，继续执行后面的程序，在sys_time函数中设置断点，在MenuOS中输入time后执行gdb，执行情况如下：



sys_time函数执行至SYSCALL_DEFINE1处，调用list，可以显示当前断点附近代码内容：



对sys_time函数进行跟踪，最终显示系统时间：

2.3 system_call代码对应的工作过程分析

在system_call处设置断点，但是gdb不支持单步跟踪，MenuOS中仍停留在sys_time这个位置：



编辑linux-3.18.6/arch/x86/kernel/entry_32.S，查看system_call函数代码：







原因是system_call不是一个正常的函数，只是一段汇编代码的起点，内部没有严格遵守函数调用堆栈基址，不支持gdb一条一条的调试。

分析system_call代码，系统调用的流程大致为：

3.总结

本文主要学习了Linux内核系统调用的过程，并通过gdb和代码分析了调用过程。一般情况下，在用户态调用time()函数时，实际上调用了系统函数sys_time()，而用户态中有一个系统调用库函数xyz()，里面通过中断向量0x80触发system_call中断服务程序入口这段汇编代码，由用户态切换到内核态。首先通过SAVE_ALL保护现场，然后通过system_call函数中调用分配表找到系统调用内核处理函数指针，调用函数后通过restore_all和INTERRUPT_RETURN(iret)恢复现场并返回系统调用到用户态结束。以上system_call调用为软中断，和其他所有中断类似，可以推广到一般的中断处理过程。