深入理解Linux系统调用

环境准备

1. 安装环境

1 sudo apt install build-essential
2 sudo apt install qemu # install QEMU
3 sudo apt install libncurses5-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
4 sudo apt install axel

2. 下载linux5.4.34源码

1 axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz
2 xz -d linux-5.4.34.tar.xz
3 tar -xvf linux-5.4.34.tar cd linux-5.4.34

3. 配置内核编译选项

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)

4. 编译内核

1 make -j$(nproc)
2 # 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
3 qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

5. 制作根文件系统

下载

1 axel -n 20 https://busybox.net/downloads/busybox-1.31.1.tar.bz2
2 tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2
3 cd busybox-1.31.1

制作根文件系统

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

6. 制作内存根文件系统镜像

1 mkdir rootfs
2 cd rootfs
3 cp ../busybox-1.31.1/_install/* ./ -rf
4 mkdir dev proc sys home
5 sudo cp -a /dev/{null,console,tty,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/

7. 准备init脚本文件放在根文件系统跟目录下(rootfs/init)，添加如下内容到init文件。

1 #!/bin/sh
2 mount -t proc none /proc mount -t sysfs none /sys
3 echo "Wellcome MengningOS!" echo "--------------------"
4 cd home
5 /bin/sh

给init脚本添加可执行权限

1 chmod +x init

打包成内存根文件系统镜像

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

测试挂载根文件系统，看内核启动完成后是否执行init脚本

1 qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz

查看系统调用并编写调用汇编代码

我的系统调用号是10， mprotect()函数

gcc编译（这里采用静态编译）后运行，输出结果：

gcc -o write-file wrrite-file.c -stat

汇编改写手动触发系统调用

新建在 rootfs/home 目录下新建文件 test.c,在后面添加以下内容：

gcc编译后查看执行结果

gdb调试与分析

重新打包根文件目录，纯命令⾏下启动虚拟机。

qemu-system-x86_64 -kernel shiyan/linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz -S -s -nographic -append "console=ttyS0"，此时虚拟机会暂停在启动界面。在另一个terminal中开启gdb调试 gdb vmlinux，连接进行调试，target remote:1234。结果如下图所示：