2019-2020-20199316《Linux内核原理与分析》第五周作业

视频学习

一、用户态、内核态和中断

• 内核态：处于高的执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理地址，这时的CPU就对应内核态

• 用户态：处于低的执行级别下，代码只能在级别允许的特定范围内活动。在日常操作下，执行系统调用的方式是通过库函数，库函数封装系统调用，为用户提供接口以便直接使用。

• Intel x86 CPU有四种不同的执行级别0-3，Linux只使用了其中的0 3级分别表示内核态和用户态。cs寄存器的最低两位表明了当前代码的特权级，00或者11。

• 内核态cs:eip的值是任意的，即可以访问所有的地址空间。用户态只能访问其中的一部分内存地址(0x00000000-0xbbbbbbbf),0xc0000000以上的地址(逻辑地址而不是物理地址)只能在内核态下访问。

• 中断处理是从用户态进入内核态的主要方式，系统调用是一种特殊的中断。从用户态切换到内核态时，中断/int指令会在堆栈上保存用户态的寄存器上下文，其中包括用户态栈顶地址、当时的状态字、当时的cs:eip的值，还有内核态的栈顶地址、内核态的状态字、中断处理程序的入口。中断发生后的第一件事就是保存现场，保存一系列的寄存器的值；中断处理结束前的最后一件事就是恢复现场，退出中断程序，恢复保存寄存器的数据。特别说明： 保护现场：就是进入中断程序，保存需要用到的寄存器的数据；恢复现场：就是退出中断程序，恢复保存寄存器的数据。

二、使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码触发同一个系统调用

学习了通过使用系统调用time这个库函数来获取当前系统时间

如图所示的，"=m"表示写入到内存变量val3里面，"c"表示ecx接，"d"edx。下面的输入输出分别用0,1,2...编号表示，比如"addl %1,%%eax\n\t"就表示将输入输出的第2个，即"c"(ecx)的值加到eax中去，eax前面为什么有两个%，前一个%是转义符号。

实验内容

• 先编译mkdir.c文件，若编译成功则返回0。

#include 
int main()
{
        int flag;
        flag = mkdir("/home/shiyanlou/testdir");
        if (flag == -1)
                printf("mkdir failed！\n");
        else
                printf("make dirctory success!\n");
        return 0;
}

• 使用gcc进行编译

gcc -o makedir mkdir.c

• 然后对mkdir.c文件进行加入汇编语言修改，修改为以下代码并汇编
  

gcc -o makedir2 mkdir.c -m32

• 如此便可编译成功！

遇到的问题

就是关于系统调用函数编号的问题，mkdir的编号是39，我在看实验楼给的那些系统调用列表，将前面的编号48当成编程里面的系统调用号了，总是出错，后来仔细看才发现是39，对应十六进制为0x27。

教材学习

1.系统调用功能特性

• 把用户从底层的硬件硬件编程中解放出来。操作系统为我们管理硬件，用户进程不用直接与硬件设备打交道。
• 极大的提高系统的安全性。如果用户态进程直接与硬件设备打交道，会产生安全隐患，可能引起系统崩溃。
• 使用户程序具有可移植性。用户程序与集体的硬件已经解耦合并用接口代替了，不会有紧密的关系，便于在不同的系统间移植。

2.API和系统调用的关系

• 系统调用的库函数就是读者使用的操作系统提供的API（应用程序编程接口），API只是函数定义。系统调用是通过软中断向内核发出了中断请求，int指令的执行就会触发一个中断请求。Libc库函数定义的一些API内部使用了系统调用的封装例程，其主要目的是发布系统调用，使程序员在写代码时不需要用汇编指令和寄存器 传递参数来触发系统调用。一般每个系统调用对应一个系统调用的封装例程，函数库再用这些封装例程定义出给程序员调用的API，这样把系统调用最终封装成方便程序员使用的库函数。