分析Linux内核5.0系统调用处理过程
学号后三位098
原创作品转载请注明出处 + https://github.com/mengning/linuxkernel/
1.实验目标
1.编译内核5.0
2.选择系统调用进行跟踪分析
2.实验环境
VM14pro虚拟机
ubuntu系统（ubuntu-18.04.2-desktop-amd64）
3.实验步骤
1.编译内核
打开shell命令行。
输入 wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.0.tar.xz，载压缩包。
使用xz -d linux-5.0.tar.xz转化格式
使用tar -xvf linux-5.0.tar解压
解压后的文件目录如下：
使用cd linux-5.0定位到源文件夹
使用make i386_defconfig进行编译
出现错误：
使用sudo apt-get install flex安装flex
使用sudo apt-get install bison安装bison
再次make i386_defconfig
使用make编译
出现问题;
使用sudo apt-get install libssl-dev来解决
再次编译。
建立根文件系统
sudo apt-get install gcc-multilib//这一步是必要的，不然会报错，需要安装gcc编译器cd ..
mkdir rootfs
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
gcc -pthread -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static
cd ../rootfs
cp ../menu/init ./
find . | cpio -o -Hnewc | gzip -9 > ../rootfs.img
2.系统调用
学号为：098，使用98系统调用号，转化为16进制即0X62.
该系统调用号的作用为#define __NR_getrusage
功能描述：
获得进程的相关资源信息。如：用户开销时间，系统开销时间，接收的信号量等等;
用法：
#include
#include
#include
#define RUSAGE_SELF 0
#define RUSAGE_CHILDREN -1
int getrusage(int who, struct rusage *usage);
当调用成功后，返回0，否则-1；
参数：
who：可能选择有
RUSAGE_SELF：获取当前进程的资源使用信息。以当前进程的相关信息来填充rusage(数据)结构
RUSAGE_CHILDREN：获取子进程的资源使用信息。rusage结构中的数据都将是当前进程的子进程的信息
usage：指向存放资源使用信息的结构指针。
rusage(数据)结构定义在/usr/include/sys/resource.h中，下面是rusage的结构：
struct rusage {
struct timeval ru_utime; // user time used
struct timeval ru_stime; // system time used
long ru_maxrss; // maximum resident set size
long ru_ixrss; // integral shared memory size
long ru_idrss; // integral unshared data size
long ru_isrss; // integral unshared stack size
long ru_minflt; // page reclaims
long ru_majflt; // page faults
long ru_nswap;// swaps
long ru_inblock; // block input operations
long ru_oublock; // block output operations
long ru_msgsnd; // messages sent
long ru_msgrcv; //messages received
long ru_nsignals; // signals received
long ru_nvcsw; // voluntary context switches
long ru_nivcsw; // involuntary context switches
};
定义两个c文件：rusage.c,rusageASM.c
分别使用c语言和汇编语言进行系统调用.
rusage.c
#include
#include
#include
#include
int main(void){
struct rusage rup;
getrusage(RUSAGE_SELF, &rup);
printf("integral shared memory size is:%lu\r\n",(unsigned long)rup.ru_ixrss);
printf("integral unshared memory size is:%lu\r\n",(unsigned long)rup.ru_isrss);
printf("maximum resident set size is:%lu\r\n",(unsigned long)rup.ru_maxrss);
printf("User Time:%lu\n",rup.ru_utime.tv_usec);
printf("System Time:%lu\n",rup.ru_stime.tv_usec);}
rusageASM.c
#include
#include
#include
#include
int main(void){
struct rusage rup;
getrusage(RUSAGE_SELF, &rup);
printf("integral shared memory size is:%lu\r\n",(unsigned long)rup.ru_ixrss);
printf("integral unshared memory size is:%lu\r\n",(unsigned long)rup.ru_isrss);
printf("maximum resident set size is:%lu\r\n",(unsigned long)rup.ru_maxrss);
printf("User Time:%lu\n",rup.ru_utime.tv_usec);
printf("System Time:%lu\n",rup.ru_stime.tv_usec);
分别编译运行，结果如下：
3.总结
1）系统调用可以通过编程语言的API和汇编代码实现
2）调用是一个用户态->内核态->用户态的过程
3）当调用一个系统调用时，CPU从用户态切换到内核态并开始执行一个system_call和系统调用内核函数。在Linux中通过执行int 0x80来触发系统调用，内核为每个系统调用分配一个系统调用号，用户态进程必须明确指明系统调用号，需要使用EAX寄存器来传递。
4）系统调用可能需要参数，但是不能通过像用户态进程函数中将参数压栈的方式传递，因为用户态和内核态有不同的堆栈，必须通过寄存器的方式传递参数。
5）普通情况下应用程序通过应用编程接口API，而不是直接通过系统调用来编程。
6）操作系统通常是通过中断从用户态切换到内核态。中断就是一个硬件或软件请求，要求CPU暂停当前的工作，去处理更重要的事情。
比方。在x86机器上能够通过int指令进行软件中断。而在磁盘完毕读写操作后会向CPU发起硬件中断。
中断有两个重要的属性，中断号和中断处理程序。中断号用来标识不同的中断，不同的中断具有不同的中断处理程序。在操作系统内核中维护着一个中断向量表（Interrupt Vector Table）。这个数组存储了全部中断处理程序的地址，而中断号就是对应中断在中断向量表中的偏移量。
一般地，系统调用都是通过软件中断实现的，x86系统上的软件中断由int $0x80指令产生，而128号异常处理程序就是系统调用处理程序system_call()。