2018-2019-1 20189229《Linux内核原理与分析》第六周作业
系统调用的三层机制（下）
本章主要讲解在内核态跟踪调试一个系统调用，进一步分析系统调用的内核处理过程。
给MenuOS增加命令
重现克隆新版本的meun，其中已添加了time/time-asm两个系统调用函数，time为C语言方式显示系统时间，time-asm为使用汇编方式显示系统时间。如图：
使用gdb跟踪系统调用内核函数sys_time
使用下列命令调试内核
'cd .. #返回到LinuxKernel目录下'
'qemu -Kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s'
启动gdb，将linux-3.18.6内核加载进来，连接到target remote 1234端口：
'file linux-3.18.6/vmlinux'
'target remote:1234'
设置断点，在sys_call处设置断点。当系统执行中断指令：int 0x80时，CPU会自动跳转到system_call函数。那具体来了解system_call是如何跳转与执行的呢？一下为system_call函数源码，下面来分析具体system_call与中断指令int 0x80的跳转关系。
ENTRY(system_call)
491 RING0_INT_FRAME # can't unwind into user space anyway
492 ASM_CLAC
493 pushl_cfi %eax # save orig_eax
494 SAVE_ALL
495 GET_THREAD_INFO(%ebp)
496 # system call tracing in operation / emulation
497 testl $_TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY,TI_flags(%ebp)
498 jnz syscall_trace_entry
499 cmpl $(NR_syscalls), %eax
500 jae syscall_badsys
501syscall_call:
502 call *sys_call_table(,%eax,4)
503syscall_after_call:
504 movl %eax,PT_EAX(%esp) # store the return value
505syscall_exit:
506 LOCKDEP_SYS_EXIT
507 DISABLE_INTERRUPTS(CLBR_ANY) # make sure we don't miss an interrupt
508 # setting need_resched or sigpending
509 # between sampling and the iret
510 TRACE_IRQS_OFF
511 movl TI_flags(%ebp), %ecx
512 testl $_TIF_ALLWORK_MASK, %ecx # current->work
513 jne syscall_exit_work
514
515restore_all:
516 TRACE_IRQS_IRET
517restore_all_notrace:
518#ifdef CONFIG_X86_ESPFIX32
519 movl PT_EFLAGS(%esp), %eax # mix EFLAGS, SS and CS
520 # Warning: PT_OLDSS(%esp) contains the wrong/random values if we
521 # are returning to the kernel.
522 # See comments in process.c:copy_thread() for details.
523 movb PT_OLDSS(%esp), %ah
524 movb PT_CS(%esp), %al
525 andl $(X86_EFLAGS_VM | (SEGMENT_TI_MASK << 8) | SEGMENT_RPL_MASK), %eax
526 cmpl $((SEGMENT_LDT << 8) | USER_RPL), %eax
527 CFI_REMEMBER_STATE
528 je ldt_ss # returning to user-space with LDT SS
529#endif
530restore_nocheck:
531 RESTORE_REGS 4 # skip orig_eax/error_code
532irq_return:
533 INTERRUPT_RETURN
系统调用在内核代码中的处理过程
本节将仔细分析system_call作为一个中断服务程序的来龙去脉。
以time为例，在用户态调用time，通过gdb跟踪内核里面的系统调用函数sys_time,触发一个系统调用到执行这个系统调用的内核处理函数，再到最后系统调用返回到用户态。如图所示：
中断向量0x80和system_call中断服务程序入口的关系
由代码可以看出，通过set_system_trap_gate函数绑定了中断向量0x80和system_call中断服务程序入口，一旦执行int 0x80，CPU会直接跳转到system_call这个位置。
#ifdef CONFIG_X86_32
839 set_system_trap_gate(SYSCALL_VECTOR, &system_call);#SYSCALL VECTOR指系统调用的中断向量；system_call为汇编代码入口
840 set_bit(SYSCALL_VECTOR, used_vectors);
841#endif
在system_call汇编代码中的系统调用内核处理函数
本节基于一个问题来展开，在system_call中哪个位置调用了sys_time()？前几章已了解到，系统调用是特殊的中断，因此分析system_call即可了解中断处理过程。
简化的system_call代码段：
ENTRY(system_call)
RINGO_INT_FRAME
ASM_CLAC
push1_cfi %eax #保存系统调用号
SAVE_ALL #保存现场，将用到的所有CPU寄存器保存到栈中
GET_THREAD_INFO(%ebp) #ebp用于存放当前进程thread_info结构的地址
test1 $_TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY,TI_flags(%ebp)
jnz syscall_trace_entry
cmp1 $(nr_syscalls),%eax #检查系统调用号（系统调用号应小于NR_syscalls）
jae syscall_badsys #不合法，跳入异常处理
syscall_call:
call *sys_call_table(,%eax,4) #合法，对照系统调用号在系统调用表中寻找相应服务例程
movl %eax,PT_EAX(%esp) #保存返回值到栈中
syscall_exit:
testl $_TIF_ALLWORK_MASK, %ecx #检查是否需要处理信号
jne syscall_exit_work #需要,进入 syscall_exit_work
restore_all:
TRACE_IRQS_IRET #不需要,执行restore_all恢复，返回用户态
irq_return:
INTERRUPT_RETURN #相当于iret
整体上来讲，sys_call_table是一个系统调用的表，EAX寄存器传递的系统调用号，使用者在调用它时会根据EAX寄存器的值来调用对应的系统调用内核处理函数。具体流程见下图：
