“Linux内核分析”实验报告(九)-优快云博客

一 Linux内核分析博客简介及其索引

本次实验简单的分析了计算机如何进行工作,并通过简单的汇编实例进行解释分析

在本次实验中通过听老师的视频分析，和自己的学习，初步了解了进程切换的原理。操作系统通过保存当前pcb的ebp esp，把下一个进程的esp赋予esp寄存器，把下一个进程的eip赋给ip寄存器（不能直接赋值，需要一定的处理）设置实现中断处理和进程切换。

3. 跟踪分析Linux内核的启动过程

从老师的视频，网上查找的资料。再通过做实验，已经对linux内核从开始初始化到init进程的建立有一个初步的概念，说道idle进程就不得不提到init_task.init_task进程在Linux中属于一个比较特殊的进程，它是内核开发者人为制造出来的，而不是其他进程通过do_fork来完成。init_task对象的初始化在内核代码来完成.Linux在无进程概念的情况下将一直从初始化部分的代码执行到start_kernel，然后再到其最后一个函数调用rest_init。从rest_init开始，Linux开始产生进程，因为init_task是静态制造出来的，pid=0，在rest_init函数中，内核将通过下面的代码产生第一个真正的进程(pid=1):

4.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

在本次实验中初步了解了什么是系统调用和它运行的方式，一般来说，完成系统调用需要3层，第一层是用户函数，第二层库函数，第三层是内核。三层之间的关系是，用户函数调用库函数提供的API API中封装了调用sysem_call的代码。最后才是执行内核。第二层会把系统调用号放在eax寄存器中，这时进程会跳到的内核叫做sysem_call的位置。这个过程检查系统调用号（系统调用号告诉内核进程请求哪种服务），ebx、ecx、edx、esi和edi 来依次传递服务所需要的参数（最多五个参数），当系统调用返回时，返回值存放在 eax 中。

5.分析system_call中断处理过程

通过学习视频分析出了system_call 大概的处理过程,制作出下面的流程图,流程图大体上描述了system_call到irq_return的过程，在系统调用system_call 后，需要先保存现场SAVE_ALL 然后调用 system_call_table 和eax用以确定调用的系统函数，陷入系统内核。在内核处理完后需要判断要不要调用syscall_exit_work然后调用work_pending,然后判断是否有消息需要处理，如果需要就调用work_notifysig,如果不需要就调用work_resched ，在此函数会调用call schedule 进行进程调度（此处为关键步骤），然后会判断是否还需要调度，如果需要进行自循环，如果不需要这执行retore_all,最后执行irq_return.此过程充分体现了进程间切换的思路，保存现场，切换到其他进程，再切换回来，恢复现场。

6.分析Linux内核创建一个新进程的过程

本次实验分析fork系统函数来呈现Linux内核创建一个新进程的过程.在执行fork函数后，调用copy_process,用以创建进程描述符以及子进程所需要的数据结构，在copy_process中调用dup_task_struct,用以分配一个新的 task_struct,以及复制父进程的task_struct,在dup_task_struct,后调用copy_thread,用于初始化子进程的内核栈，在copy_thread中会设置子进程的eip。在执行完 copy_thread后回到do_fork函数执行wake_up_new_task把进程添加到调度器队列，等待调度器调度，这样调度器在调用子进程时会自动执行ret_from_fork,真正执行子进程

7.Linux内核如何装载和启动一个可执行程序

本次实验通过分析exec的执行过程以呈现Linux内核装载和启动一个可执行程序的过程.exec的执行流程为：sys_execve -> do_execve -> do_execve_common -> exec_binprm -> search_binary_handler -> load_binary ->load_elf_binary -> start_thread。我们调用execve的可执行程序时，当执行到exceve时，系统调用exceve陷入内核，创建一个新的用户态堆栈，把命令行参数的内容和环境变量传递给系统调用内核处理函数的，然后内核处理函数会通过start_thread把这些拷贝到用户新的可执行程序的执行上下文环境.在exceve返回用户态的时候，就变成了被exceve加载的可执行程序。

8.理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

linux一般的执行过程:

最一般情况：正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y的过程

1.正在运行的用户态进程X

2.发生中断——save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack,then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack)