深入理解系统调用

深入理解系统调用

• 找一个系统调用，系统调用号为学号最后2位相同的系统调用
• 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

一、查找系统调用

　　学号后两位为92，对应的十六进制数位0x5c（后面汇编有用）

　　在linux内核中查找系统调用，路径为 arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl，对应的是64位的系统调用；

　　

 

 

　　如图92号系统调用，92对应的系统调用为__x64_sys_chown，其对应的API函数为chown。

　　由文档可知chown可以用来改变文件的所有者或组。

　　使用示例：

　　1，更改文件的所有者：

　　Chown tim program.c

　　文件 program.c 的所有者更改为tim。作为所有者，tim 可以使用 chmod 命令允许或拒绝其他用户访问 program.c。

　　2，更改目录的所有者：

　　chown -R john:build /tmp/src

　　将目录 /tmp/src 中所有文件的所有者和组更改为用户 john 和组 build

　　- R 递归式地改变指定目录及其下的所有子目录和文件的拥有者。

　　- v 显示chown命令所做的工作。

　　

　　接着如下图在./linux-5.4.34/tools/include/nolibc/nolibc.h中找到了chown的实现

　　

 

 

 　　

 

 

 

 

二、通过汇编指令触发92号系统调用

　　首先使用C语言出发系统调用，测试效果

　　

　　本系统中有两个用户分别为akira 和 root，

　　username           user id                  group id

　　akira                      1000                       1000

　　root                       0                              0

　　

　　chown_test.c

#include 
#include 
#include 

int main(){
    chown("/home/akira/Downloads/test.txt", 0, 0);
    printf("Done!\n");    
    return 0;
}

　　chown_test2.c

#include 
#include 
#include 

int main(){
    chown("/home/akira/Downloads/test.txt", 1000, 1000);
    printf("Done!\n");    
    return 0;
}

 

 

 编译，记得加-static参数

Test_chown1 用来将所有者和组变为0              0，即root root；

Test_chown2 用来将所有者和组变为1000        1000, 即 akira akira；

因为涉及到root用户和组，所以执行chown_test的时候需要使用sudo，提升权限；

测试结果如图所示：

 

 

 

使用内嵌汇编进行系统调用

系统调用号一定要转成16进制形式

代码如下：

asm_chown.c

#include 
#include 
#include 

int main(){
    char path[] = "/home/akira/Downloads/test.txt";
    int ret = -15;
    unsigned int owner = 0, group = 0;
    //chown("/home/akira/Downloads/test.txt", 0, 0);
    unsigned long number = 92;    
     
    asm volatile(
        "movq %1, %%rdi\n"
        "movq %2, %%rsi\n"
        "movq %3, %%rdx\n"    
        "movl $0x5c, %%eax\n\t"

                "syscall\n\t"
        "movq %%rax,%0\n\t"
                :"=m"(ret)
                :"p"(path), "m"(owner), "m"(group)
        //:"rax", "rdi", "rsi", "rdx"
        );    

    //if(ret)
    printf("Done: %d\n", ret);    
    return 0;
}

asm_chown2.c

#include 
#include 
#include 

int main(){
    char path[] = "/home/akira/Downloads/test.txt";
    int ret = -15;
    unsigned int owner = 1000, group = 1000;
    //chown("/home/akira/Downloads/test.txt", 0, 0);
//    unsigned long number = 92;    
     
    asm volatile(
        "movq %1, %%rdi\n"
        "movq %2, %%rsi\n"
        "movq %3, %%rdx\n"    
        "movl $0x5c, %%eax\n\t"

                "syscall\n\t"
        "movq %%rax,%0\n\t"
                :"=m"(ret)
                :"p"(path), "m"(owner), "m"(group)
        //:"rax", "rdi", "rsi", "rdx"
        );    

    //if(ret)
    printf("Done: %d\n", ret);    
    return 0;
}

 

编译

 

 

 

 

 上图即为测试结果。

三、通过gdb跟踪该系统调用的内核处理过程

首先将之前的编译好的asmChown1和asmChown2以及测试文件test.txt复制到rootfs/home/ 目录下，然后重新打包文件系统

terminal1
$ 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 -S -s -nographic -append "console=ttyS0"

terminal2
$ cd linux-5.4.34
$ gdb vmlinux
$ target remote:1234

因为实验环境无法添加用户以及组，这里直接运行asmChown1，设置断点查看效果；

 

首先可以用返回变查看使用此代码触发92号系统调用的内部汇编代码，如下图，可见和之前的汇编代码类似，

直接调用了0x5c，即92号系统调用。

 

启动调试后，模拟实验环境home目录

 

设置断点   __x64_sys_chown（chown对应的entry_point）

 

 

执行asmChown1

 

 可见程序直接返回了do_fchownat();

触发断点时的内核堆栈

 

结束运行时的内核堆栈

 

 

 

在linux代码中1寻找do_fchownat()，实现如下

int do_fchownat(int dfd, const char __user *filename, uid_t user, gid_t group,
        int flag)
{
    struct path path;
    int error = -EINVAL;
    int lookup_flags;

    if ((flag & ~(AT_SYMLINK_NOFOLLOW | AT_EMPTY_PATH)) != 0)
        goto out;

    lookup_flags = (flag & AT_SYMLINK_NOFOLLOW) ? 0 : LOOKUP_FOLLOW;
    if (flag & AT_EMPTY_PATH)
        lookup_flags |= LOOKUP_EMPTY;
retry:
    error = user_path_at(dfd, filename, lookup_flags, &path);
    if (error)
        goto out;
    error = mnt_want_write(path.mnt);
    if (error)
        goto out_release;
    error = chown_common(&path, user, group);
    mnt_drop_write(path.mnt);
out_release:
    path_put(&path);
    if (retry_estale(error, lookup_flags)) {
        lookup_flags |= LOOKUP_REVAL;
        goto retry;
    }
out:
    return error;
}

阅读代码可以发现，chown除了92号系统调用，并没有触发其他的系统调用。