深入理解系统调用

一，学号末尾为63，63号系统调用为uname

二，配置环境：

　　安装qemu和其他包，下载linux源码

 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 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/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

 

 

 

配置内核的选项

 

make defconfig #Default configuration is based on 'x86_64_defconfig'
make menuconfig
#打开debug相关选项
Kernel hacking --->
    Compile-time checks and compiler options --->
        [*] Compile the kernel with debug info
        [*] Provide GDB scripts for kernel debugging [*] Kernel debugging
#关闭KASLR，否则会导致打断点失败
Processor type and features ---->
    [] Randomize the address of the kernel image (KASLR)

 

 

 

 

 

编译内核，qemu不能正常运行

make -j$(nproc)
 # 测试一下内核能不能正常加载运行，因为没有文件系统最终会kernel panic
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

 

 

 

 

 

 

 

 

axel下载太慢了  ，我直接用浏览器下载busybox
制作根文件系统

制作内存根文件系统镜像

axel -n 20 https://busybox.net/downloads/busybox-1.31.1.tar.bz2

tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2

cd busybox-1.31.1

 make menuconfig
 记得要编译成静态链接，不用动态链接库。
 Settings --->
 [*] Build static binary (no shared libs)
 然后编译安装，默认会安装到源码目录下的 _install 目录中。
 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/{null,console,tty,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/

 

 

 

 

打包内存根文件系统镜像,测试挂载根文件系统

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome MengningOS!" echo "--------------------"
cd home
/bin/sh
chmod +x init
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz

 

 

 

 

三，gdb调试：

查看系统调用表  63为uname

 

 

 

 

 

 

改写为汇编，输出为乱码

 

 

 

 

 

 

 

在buf前加&

 

 

 

用gcc重新编译后，重新制作根文件系统

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

 

 

 

 

启动qemu

 

 

 

 

另一个窗口运行gdb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

运行包含汇编的testUname

 

 

 

四，分析

看到先进入syscall_define1,Linux的系统调用都改为SYSCALL_DEFINE定义的了

SYSCALL_DEFINEx里面的x代表的是系统调用参数个数

 

 

 

调用common.cdo_syscall_64 函数，在ax寄存器中获取到系统调用号，然后去执行系统调用内容：

 

再返回entry_64，为恢复现场做准备

 

 

 

最后的两个popq出栈指令恢复原 rdi 和 rsp的内容

 

 

 

 

 

 输出结果

 

 

 

 

 

 系统调用主要分为以下五步，触发系统调用syscall，保存现场，中断处理，恢复现场，中断返回。