Linux内核分析（四）之“暗流涌动”

一、拨云见日
身为程序员，我们绕不开系统调用，但是我们往往都是通过一个”中间人”—-库函数与其打交道。

我们调用一个库函数也许看起来非常简单，但是其真正的实现细节，并非我们看起来那样的”风平浪静”，其内部往往”暗流涌动”。
用户态：Linux以 0级来表示用户态，在用户态中，我们的行为受到系统限制。
内核态：Linux以 3级来表示用户态，在内核态，我们可以访问任意的物理地址。

二、实验与分析
实验目的 : 使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用。
实验步骤 : 分别编写调用库函数API的C代码以及嵌入汇编代码。
1.系统调用time获取当前时间
time.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main()
{
    time_t tt;
    struct tm *t;
    tt = time(NULL);
    t = localtime(&tt);
    printf("time : %d / %02d / %02d : %02d : %02d : %02d\n",t->tm_year+1900,t->tm_mon+1, t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec);
    return 0;
}

编译运行

time_asm.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main()
{
    time_t tt;
    struct tm *t;
    asm volatile(
            "mov $0,%%ebx\n\t"  //系统调用传递的第一参数使用
                                //ebx,此处为NULL
            "mov $0xd,%%eax\n\t" //使用eax传递系统调用号
                                 //此处为13
            "int $0x80\n\t"  //int 0x80 软中断实现用户空间
                             //与内核空间的交互
            "mov %%eax,%0\n\t" //将调用返回的eax赋给m
            :"=m" (tt)
    );
    t = localtime (&tt);
    printf("time : %d / %02d / %02d : %02d : %02d : %02d\n",t->tm_year+1900,t->tm_mon+1,t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec);
    return 0;
}

编译运行

2.系统调用mkdir创建文件夹
mkdir.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <direct.h>
int main()
{
    int flag=mkdir("E:\\test");    
    printf("%d\n",flag);
    if(flag == 0){
        printf("success");
    }else{
        printf("failed");
    }
    return 0;
}

编译运行

结果如下

mkdir_asm.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <direct.h>
#define M 10
int main()
{
    char path[M] ="E:\\test";  
    int flag;
    asm volatile(
            "mov $0,%%ebx\n\t"     //传参 
            "mov $0x27,%%eax\n\t"  //系统调用号 39
            "int $0x80\n\t"        //int 0x80 软中断实现用户空间
            "mov %%eax,%1\n\t"      //将调用返回的eax赋给flag
            :"=m" (path)
            :"d"  (flag)
    );
    printf("%d\n",flag);
    if(flag == 0){
        printf("success");
    }else{
        printf("failed");
    }
    return 0;
}

编译运行

结果如下

其它系统调用
结果与分析:
使用库函数API和嵌入汇编的C代码运行结果一样，两种方法都能够获取当前的时间。API对系统调用进行了封装。

三、总结
用户在调用某些涉及到系统调用的库函数时，CPU会从用户态切换到内核态，同时会在堆栈保存一些寄存器的值，如用户的栈顶地址，当时的状态字，当时的cs:eip的值。然后执行内核函数，在此之前需通过eax传入系统调号用号参数指明需要哪个系统调用。当调用结束后，需要进行现场恢复，会由内核态切换到用户态，同时通过eax返回结果。

Linux内核分析

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