《Linux内核原理与分析》第六周作业

一.本周内容概述：

• 学习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
• 学习系统调用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
• 分析system_call代码对应的工作过程

二.本周学习内容：

1.实验楼环境研究MenuOS

1.1 在MenuOS中添加并运行getpid命令

• 进入LinuxKernel目录，删除menu目录，然后从github上克隆一个menu
• 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

  

  实践截图如下：

  

• 在menu目录中找到test.c文件打开，添加并写入getPid()方法

  

• 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

  实践截图如下：

  

1.2 gdb跟踪调用time函数的过程

• 退回LinuxKernel目录，shift+ctrl+o切换横屏，然后执行如下命令

实践截图如下：

可以发现qemu已经被挂起。

• 打开gdb，在start_kernel设置断点，执行如下命令：

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

实践截图如下：

• 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

  实践截图如下：

  

  

• 调用list，可以显示当前断点附近代码内容

  实践截图如下：

  

• 对sys_time函数进行跟踪，最终显示系统时间

  实践截图如下

  

1.3 system_call代码对应的工作过程分析

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

  实践截图如下：

  

  

  

• 分析system_call代码，系统调用的流程大致为

  

2.VMware虚拟机环境完成云班课编译内核练习

• 编写系统调用函数 ，修改sys.c文件

实践截图如下：

• 修改syscalls.h文件

实践截图如下：

• 修改syscall_64.tbl文件

实践截图如下：

• 编译内核，在linux-5.0.1文件夹里输入以下命令

sudo make clean
sudo make oldconfig
sudo make bzImage
sudo make modules
sudo make modules_install
sudo make install

实践截图如下：

总耗时3小时左右

• grub引导，修改grub参数

sudo update-grub    //重新更新grub配置

实践截图如下：

• 重启虚拟机，在VMware显示界面长按shift进入grub

  实践截图如下：

  

• 调用系统函数，编写调用函数

  实践截图如下：

  

• 最终实验结果

  实践截图如下：

  

三.总结与疑难

这一周主要学习了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。

QUSTION：

• 系统调用处理程序system_call 并不是系统调用服务例程，系统调用服务例程是对一个具体的系统调用的内核实现函数，而系统调用处理程序是在执行系统调用服务例程之前的一个引导过程，是针对INT 0x80这条指令，面向所有的系统调用的。

四.下周计划

• [ ] 完成书本上的课后习题
• [ ] 继续使用虚拟机环境研究内核

2019 年 10月 26日