[No000036]操作系统Operating Systems系统调用的实现System_Call

实现一个whoami 系统调用

系统调用的直观实现 问题+直观想法…

用户程序调用whoami, 一个字符串"systemcall "放在操作系统中(系统引导时载入) ，取出来打印,有什么问题？

• 不能随意的调用数据，不能随意的jmp 。

• 可以看到root 密码，可以修改它…

• 可以通过显存看到别人word 里的内容…

地址：	main() { whoami();}	用户程序
。。。	whoami() { printf(100, 8); }	内核，都在内存中，这内存不都是我买的吗…
100:	"systemcall"

内核( 用户) 态，内核( 用户)

将内核程序和用户程序 隔离!!!

区分 内核态和用户态 ：一种处理器"硬件设计"

• 内核态可以访问任何数据，用户态不能访问内核数据
• 对于指令跳转也一样实现了隔离…

硬件提供了"主动进入内核的方法"

对于Intel x86 ，那就是中断指令int

• int 指令将使CS 中的CPL 改成0 ，"进入内核"（此时，CPL=3 而DPL=0）
• 这是用户程序发起的调用内核代码的唯一方式
• 系统调用的核心:

(1) 用户程序 中包含一段包含int 指令 的代码

(2) 操作系统 写 中断处理 ，获取想调程序的编号

(3) 操作系统 根据编号执行相应代码

系统调用的实现

最终展开成包含int 指令的代码…

#include <unistd.h> _syscall3(int, write, int, fd, const char *buf, off_t, count)	在linux/lib/write.c 中
#define _syscall3(type, name, ...) type name(...) \ { __asm__ ("int 0x80" :"=a"(__res)...}	在linux/include/unistd.h 中

Linux 系统调用的实现细节!

将关于write 的故事完整的讲完…

在linux/include/unistd.h中    _syscall3 表示有3 个参数

#define _syscall3(type,name,atype,a,btype,b,ctype,c)\

type name(atype a, btype b, ctype c) \

{ long __res;\

__asm__ volatile("int 0x80":"=a"(__res):""(__NR_##name),

"b"((long)(a)),"c"((long)(b)),"d"((long)(c)))); if(__res>=0) return

(type)__res; errno=-__res; return -1;}

显然，__NR_write 是系统调用号，放在eax 中

在linux/include/unistd.h 中

#define __NR_write 4 // 一堆连续正整数( 数组下标,函数表索引)

同时eax 也存放返回值，ebx ，ecx ，edx 存放3 个参数

int 0x80 中断的处理

void sched_init(void)

{ set_system_gate(0x80,&system_call); }

显然，set_system_gate 用来设置0x80

在linux/include/asm/system.h 中

#define set_system_gate(n, addr) \

_set_gate(&idt[n],15,3,addr); //idt 是中断向量表基址

#define _set_gate(gate_addr, type, dpl, addr)\

__asm__("movw %%dx,%%ax\n\t" "movw %0,%%dx\n\t"\

"movl %%eax,%1\n\t" "movl %%edx,%2":\

:"i"((short)(0x8000+(dpl<<13)+type<<8))),"o"(*(( \

char*)(gate_addr))),"o"(*(4+(char*)(gate_addr))),\

"d"((char*)(addr),"a"(0x00080000))

中断处理程序: system_call

在linux/kernel/system_call.s

nr_system_calls=72

.globl _system_call

_system_call: cmpl $nr_system_calls-1,%eax //eax 中存放的是系统调用号

ja bad_sys_call

push %ds push %es push %fs

pushl %edx pushl %ecx pushl %ebx // 调用的参数

movl $0x10,%edx mov %dx,%ds mov %dx,%es // 内核数据

movl $0x17,%edx mov %dx,%fs //fs 可以找到用户数据

call _sys_call_table(,%eax,4) //a(,%eax,4)=a+4*eax

pushl %eax // 返回值压栈，留着ret_from_sys_call 时用

... // 其他代码

ret_from_sys_call: popl %eax, 其他pop, iret

_sys_call_table+4*%eax 就是相应系统调用处理函数入口

_sys_call_table

call _sys_call_table(,%eax,4) 就是call sys_write // eax=4 ，函数入口地址长度也为4