一、实验要求：

　　

  • 本人学号后两位为17，则寻找系统调用号为17的系统调用

  • 通过汇编指令触发该系统调用

  • 通过gdb跟踪该系统调用的内核处理过程

  • 重点阅读分析系统调用入口的保存现场、恢复现场和系统调用返回，以及重点关注系统调用过程中内核堆栈状态的变化

二、环境搭建：

　　2.1按照实验一中的步骤来进行初始环境搭建

　　　

sudo apt install build-essential
sudo apt 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

 

 

 

　　　2.2配置内核选项

 make defconfig 
 make menuconfig

　　进入 Kernel hacking的Compile-time checks and compiler options：

 

　　进入Processor type and features：

 

　　2.3编译内核：

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

　　由于没有⽂件系统最终会kernel panic，这属于正常现象。

　　2.4利用busybox制作根文件系统

　　下载并制作根文件系统

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
make -j$(nproc) && make install

　　在配置选项时进入Settings，选择Build static binary (no shared libs)

　　制作内存根文件系统镜像：

 

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/

　　编写init脚本，并修改权限：

vi init

#!/bin/sh
mount -t proc none /proc mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome WangbaOS!"
cd home
/bin/sh

chmod +x init
#打包成内存根⽂件系统镜像 
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 
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz

 

三、汇编指令触发该系统调用

　　3.1 查询系统调用号为17为的系统调用

 

 

　　可以看到是 pread64：

　　使用手册看该函数：man pread64

 

　　从上面的描述中可以看出：

　　这个函数可以原子性的定位搜索(seek)和执行I/O。

　　函数原型ssize_t pread(intfd, void *buf, size_tcount, off_toffset);
　　返回值：成功，返回成功读取数据的字节数；失败，返回-1； 　　
　　参数：　 　　
　　(1) fd：要读取数据的文件描述符　 　　
　　(2) buf：数据缓存区指针，存放读取出来的数据　 　　
　　(3) count：读取数据的字节数　 　　
　　(4) offset：读取的起始地址的偏移量，读取地址=文件开始+offset。注意，执行后，文件偏移指针不变
 
　　3.2编写普通汇编调用代码
　　在 rootfs/home 编写pread64.c，如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
main()
{
　　char filename[100];
　　int fd;
　　char data[10];
　　fd=open("test.txt",O_RDWR);
　　if(fd==-1) printf("open error:%m\n"),exit(-1);
　　if(pread(fd,data,sizeof(data),0) < 0)
　　{
　　　　printf("read fail");
　　　　exit(-1);
　　}
　　printf("data=%s",data);
　　close(fd);
}

 

　　编译运行可以看到c程序读取test.txt文件中的数据

四、利用gdb跟踪系统调用的内核处理过程

 

　　4.1 重新制作根文件系统，并启动qemu

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

cd ..

qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz -S -s -nographic -append "console=ttyS0"

　　接着在linux-5.4.34文件夹下打开一个终端

# 打开gdb
gdb vmlinux
target remote:1234

# 并在gdb中对__x64_sys_pread64进行断点
b __x64_sys_pread64

　　4.2 在qemu窗口运行程序并在gdb窗口进行单步调试

　　在qemu中执行程序

　　并在gdb中断点跟踪

　　整个流程大概如下：

　　用户态：

　　​ pread64.c ----> __x64_sys_pread64 ----> ksys_pread64

　　内核态：

​ 　　entry_SYSCALL_64 () ----> do_syscall_64 ----> ksys_ pread64----　　　　> do_syscall_64 ----> syscall_return_slowpath() ----> entry_SYSCALL_64 ()