深入理解系統呼叫

一.實驗要求

二.實驗環境搭建

1.安裝開發工具

sudo apt install build-essential

sudo apt install qemu # install qemu 
sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev

sudo apt install axel

axel -n 20 linux-5.4.34.tar.xz 
xz -d linux-5.4.34.tar.xz 
tar -xvf linux-5.4.34.tar cd linux-5.4.34

• make defconfig # default configuration is based on 'x86_64_defconfig'

• make menuconfig

• # 開啟debug相關選項

• kernel hacking --->

• compile-time checks and compiler options --->

• [*] compile the kernel with debug info

• [*] provide gdb scripts for kernel debugging

• [*] kernel debugging

• # 關閉kaslr，否則會導致打斷點失敗

• processor type and features ---->

• randomize the address of the kernel image (kaslr

4.根檔案系統的製作

axel -n 20 

tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2
cd busybox-1.31.1
make menuconfig
#記得要編譯成靜態鏈結，不⽤動態鏈結庫。
settings --->
[*] build static binary (no shared libs)
#然後編譯安裝，缺省會安裝到原始碼⽬錄下的 _install ⽬錄中。
make -j$(nproc) && make install

mkdir rootfs

cd rootfs
cp ../busybox-1.31.1/_install/* ./ -rf
mkdir dev proc sys home
sudo cp -a /dev/ dev/

#!/bin/sh

mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo "welcome my os!"
echo "-------------------"
cd home
/bin/sh

#打包成記憶體根⽂件系統映象

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz
#測試掛載根⽂件系統，看核心啟動完成後是否執⾏init指令碼
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzimage -initrd rootfs.cpio.gz　

從⽤戶態進⼊核心態是由中斷觸發的，可能是硬體中斷， 在⽤戶態程序執⾏時，硬體中斷訊號到來，進⼊核心態，就會執⾏這 個中斷對應的中斷服務例程。也可能是⽤戶態程式執⾏過程中，調⽤ 了⼀個系統調⽤，陷⼊了核心態，叫作陷阱（trap）（系統調⽤是特 殊的中斷）

本次實驗是通過系統提供的軟體中斷，實現系統呼叫

1、通過在arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl中檢視linux提供的系統呼叫，選擇以自己學號為結尾的33來實現系統呼叫

2、編寫test_dup2.c程式，呼叫32號系統呼叫

int main()

gcc -o test_dup test_dup.c -static

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz

#開啟新的terminal

cd linux-5.4.34

gdb vmlinux

target remote:1234

#設定斷點

5、通過命令c來繼續執行，通過n來實現gdb單步除錯

6、通過bt可觀察當前堆疊資訊

四、總結：

linux的系統呼叫過程：

使用者程式------>c庫（即api）：int 0x80 ----->system_call------->系統呼叫服務例程-------->核心程式

其中int 0x80是cpu將一些關鍵暫存器壓棧，然後核心保護現場，系統呼叫核心函式處理完成後恢復現場

system_call是借助cpu內部的msr暫存器來查詢系統調⽤處理⼊⼝，可以快速切換cpu的指令指標（eip/rip）到系統調⽤處理⼊⼝，但本質上還是中斷處理的思路，壓棧關鍵暫存器、儲存現場、恢復現場，最後系統調⽤返回。

系統呼叫的作用如下：

（1） 它為使用者空間提供了一種統一的硬體的抽象介面。

（2）系統呼叫保證了系統的穩定和安全。作為硬體裝置和應用程式之間的中間人，核心能夠基於許可權和其它一些規則對須要進行的訪問進行裁決。

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