MOOC《Linux内核分析》——分析system_call中断处理过程

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《Linux内核分析》MOOC课程 http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

上一节课程展示了如何用库函数API和C内嵌汇编代码完成同一个系统调用，本次将会在其基础上对system_call中断处理过程进行分析。

准备工作：

首先根据视频指导将上次的系统调用集成到MenuOS中，并额外添加ls命令（这里不再提供代码，参考上篇博文以及课程指导可以很容易做出）：

红框中为创建文件夹之前根目录的文件列表，蓝框部分执行创建命令，绿框部分则是结果，可以看到命令顺利集成到MenuOS中了。

分析system_call:

在对start_kernel的分析时，我们曾经看到过他所调用的个函数：trap_init()。这个函数位于x86/kernel/traps.c第792行，在这个函数中，我们第一次看到了system_call，位于第834行的宏之中：

#ifdef CONFIG_X86_32
    set_system_trap_gate(SYSCALL_VECTOR, &system_call);
    set_bit(SYSCALL_VECTOR, used_vectors);
#endif

这里的SYSTEMCALL_VECTOR经过跟踪之后发现其位于/x86/include/asm/irq_vectors.h中，这里我们发现了熟悉的0x80:

#ifdef CONFIG_X86_32
define SYSCALL_VECTOR           0x80

可以看到这里把0x80与system_call关联起来了，上一课中的结论在这里得到了印证。而set_bit则是将对应的系统调用映射表给填装完成了。当系统运行时，如果有程序通过int 0x80使得程序陷入态，那么将会通过ENTRY(system_call)（在第490行）进行API的调用工作，这个工作直到第588行的ENDPROC(system_call)结束。下面我们将着重分析这个过程中的一些关键步骤（下面代码进行了简化，只保留了我们需要关注的部分）。

ENTRY(system_call)
    SAVE_ALL   //保存中断上下文
    testl $_TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY,TI_flags(%ebp)
    jnz syscall_trace_entry #根据相与的结果来判断是否转入 syscall_trace_entry
    cmpl $(NR_syscalls), %eax #比较传入的调用号是否合法，NR_syscalls在asm/unistd.h中第14行定义系统调用表长度
    jae syscall_badsys//不合法跳转到错误处理
syscall_call:
    call *sys_call_table(,%eax,4)#系统调用表项是以32位存放的，所以调用号乘以4得到调用地址并调用
syscall_after_call:
    movl %eax,PT_EAX(%esp)      # store the return value #调用返回值存到eax中
syscall_exit:
    DISABLE_INTERRUPTS(CLBR_ANY) #关中断
    testl $_TIF_ALLWORK_MASK, %ecx # current->work
    jne syscall_exit_work #根据与的结果决定是否跳转到退出
restore_all:
    TRACE_IRQS_IRET  #恢复上下文并回到用户态
irq_return:
    INTERRUPT_RETURN #中断返回
ENDPROC(system_call)

syscall_badsys:  #将调用错误值存放到eax中，然后通过syscall_after_call返回
    movl $-ENOSYS,%eax
    jmp syscall_after_call
END(syscall_badsys)

syscall_trace_entry: #创建系统调用跟踪实体并继续后续步骤
    movl $-ENOSYS,PT_EAX(%esp)
    movl %esp, %eax
    call syscall_trace_enter
    cmpl $(NR_syscalls), %eax
    jnae syscall_call
    jmp syscall_exit
END(syscall_trace_entry)

syscall_exit_work:
    testl $_TIF_WORK_SYSCALL_EXIT, %ecx
    jz work_pending #如果有进程调度需要执行，就转到对应位置
    TRACE_IRQS_ON
    jmp resume_userspace #恢复到用户态
END(syscall_exit_work)

work_pending:
    testb $_TIF_NEED_ESSCHED, %c1
    jz work_notifysig #处理进程信号
work_resched: #重新调度
    call schedule # 执行调度
    jz restore_all
work_notifysig:
    cmpb %USER_RPL,%bl
    jb resume_kernel
    call do_notify_resume
    jmp resume_userspace #回到用户态
END(work_pending)

下面给出流程图以供参考，个人认知有限，不能给出精确的流程，还望见谅。