Linux 0.11 源码阅读 1 -- syscall的调用实现

前言

        在main.c函数中，存在两个函数 fork.c pause.c，当我们尝试单步跟进去之后，却发现失败了，我们来分析其原因。

void main(void)		/* This really IS void, no error here. */
{			
    ....
	if (!fork()) {		/* we count on this going ok */
		init();
	}

	for(;;) pause();
}

    

_syscall0(type,name) 宏的实现

        我们在main函数中存在下面这些定义，我们现在尝试分析一下。

static inline _syscall0(int,fork)
static inline _syscall0(int,pause)
static inline _syscall1(int,setup,void *,BIOS)
static inline _syscall0(int,sync)

        其_syscall0(type,name)定义如下，我们尝试对此展开一下。

#define _syscall0(type,name) \
  type name(void) \
{ \
long __res; \
__asm__ volatile ("int $0x80" \
	: "=a" (__res) \
	: "0" (__NR_##name)); \
if (__res >= 0) \
	return (type) __res; \
errno = -__res; \
return -1; \
}

          我们现在对pause( )展开，内容如下，就是调用 int 0x80，然后eax来传递中断号，返回时将返回值存入变量__res中，判断是否成功，否则设置错误号。

#define __NR_pause	29
static inline _syscall0(int,pause)


int pause()
{
    long __res;
    __asm__ volatile(
    " int $0x80"
    : "=a" (__res)       // mov __res,eax
    : "0" (__NR_pause)); // mov eax, __NR_pause
    /* intel 
        mov eax, __NR_pause
        mov int 0x80
        mov __res,eax
    */
    if (__res >= 0)
        return int __res;
    error = -__res;
    return -1;

}

int 0x80后发生了什么呢

        我们尝试在vscode中全局搜索“0x80”，在sched.c中看到如下函数，因此我们知道是在void sched_init(void)中完成对int 0x80中断的初始化的。

void sched_init(void)
{
    ...
    ...
    ...
    set_system_gate(0x80,&system_call);
}

        system_call是一段汇编代码，在kernel\kernel_call.s中，核心代码如下，其通过sys_call_table这张表来查询到的，然后 call sys_call_table[eax*4] 来间接跳转到对应函数位置。

system_call:
    ....
    .... 
    mov %dx,%es
	movl $0x17,%edx		# fs points to local data space
	mov %dx,%fs
    call *sys_call_table(,%eax,4)
    pushl %eax
	movl current,%eax
    ...
    ...

        我们使用readelf工具查看syscall_call.o文件，看到sys_call_table还没有被定位。

readelf -s system_call.o


Symbol table '.symtab' contains 55 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
    ....
    ....
   39: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND sys_call_table
    ....
    ....

        全局搜索sys_call_table，在sys.h这个文件中找到该变量，内容如下。通过继续分析，我们可以发现其仅在sched.c中引用过这个头文件。

sys.h

....
fn_ptr sys_call_table[] = { sys_setup, sys_exit, sys_fork, sys_read,
sys_write, sys_open, sys_close, sys_waitpid, sys_creat, sys_link,
sys_unlink, sys_execve, sys_chdir, sys_time, sys_mknod, sys_chmod,
sys_chown, sys_break, sys_stat, sys_lseek, sys_getpid, sys_mount,
sys_umount, sys_setuid, sys_getuid, sys_stime, sys_ptrace, sys_alarm,
sys_fstat, sys_pause, sys_utime, sys_stty, sys_gtty, sys_access,
sys_nice, sys_ftime, sys_sync, sys_kill, sys_rename, sys_mkdir,
sys_rmdir, sys_dup, sys_pipe, sys_times, sys_prof, sys_brk, sys_setgid,
sys_getgid, sys_signal, sys_geteuid, sys_getegid, sys_acct, sys_phys,
sys_lock, sys_ioctl, sys_fcntl, sys_mpx, sys_setpgid, sys_ulimit,
sys_uname, sys_umask, sys_chroot, sys_ustat, sys_dup2, sys_getppid,
sys_getpgrp, sys_setsid, sys_sigaction, sys_sgetmask, sys_ssetmask,
sys_setreuid,sys_setregid, sys_iam, sys_whoami };

        但是我们通过对sched.c文件的分析，发现其没有直接使用sys_call_table[]，因此我们可以推断出该步的目的是将syscall.h编译到sched.o的全局符号表中，等到链接的时候被syscall.o发现。

sched.o
 19: 00000000   296 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    8 sys_call_table


system_call.o
  39: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND sys_call_table

后记

        我们这篇文字简单分析了下Linux0.11中的系统调用方式，Linux0.11是个比较简单的操作系统，分析起来应该很简单，但是刚开始被这小小的系统调用难住了半天，记录一下。