一、实验要求
1.学号末尾为27，故采用27号系统调用mincore，内核处理函数为__x64_sys_mincore。
2.通过汇编指令触发系统调用
3.通过gdb跟踪该系统调用的内核处理过程
4.重点阅读分析系统调用入口的保存现场和恢复现场
二、理解基本系统调用流程
基本的系统调用流程可以大致分为以下四步：
1、应用程序代码调用a()，该函数是包装系统调用的库函数；
2、库函数a()负责准备向内核传递的参数，并触发软中断以切换到内核；
3、CPU被软中断打断后，执行中断处理函数，即系统调用处理函数（system_call）；
4、系统调用处理函数调用系统调用服务例程（sys_a），开始真正系统调用
三、实验环境准备
在上次实验的基础上，配置内核选项
make defcon?g # Default con?guration is based on ‘x86_64_defcon?g‘
make menucon?g
# 打开debug相关选项
Kernel hacking --->
Compile-time checks and compiler options --->
[*] Compile the kernel with debug info
[*] Provide GDB scripts for kernel debugging
[*] Kernel debugging
# 关闭KASLR，否则会导致打断点失败
Processor type and features ---->
[] Randomize the address of the kernel image (KASLR)
编译内核
make -j$(nproc) # 测试一下内核能不能正常加载运行，因为没有文件系统最终会kernel panic qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage
在这一步中的make -j$(nproc)中，如果遇到了internal compiler error: 已杀死 (program cc1)错误信息，需要增加虚拟机的虚拟内存。
制作根文件系统
#下载
axel -n 20 https://busybox.net/downloads/busybox-1.31.1.tar.bz2
tar -jxvf busybox-1.31.1.tar.bz2
cd busybox-1.31.1
#制作根文件系统
make menucon?g
#记得要编译成静态链接，不?动态链接库。
Settings --->
[*] Build static binary (no shared libs)
#然后编译安装，默认会安装到源码?录下的 _install ?录中。
make -j$(nproc) && make install
制作内存根文件系统镜像
mkdir rootfs
cd rootfs
cp ../busybox-1.31.1/_install/* ./ -rf
mkdir dev proc sys home
sudo cp -a /dev/{null,console,tty,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/
准备init脚本文件放在根文件系统跟目录下(rootfs/init)，添加如下内容到init文件。#!/bin/sh
mount -t proc none /proc mount -t sysfs none /sys
echo "Wellcome SJZOS!" echo "--------------------"
cd home
/bin/sh
#给init脚本添加可执行权限
chmod +x init
#打包成内存根文件系统镜像
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz
#测试挂载根文件系统，看内核启动完成后是否执行init脚本
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz
正常打印，执行成功
四、编写系统调用程序
在/rootfs/home/路径下编写test_mincore.c程序，调用27号系统调用。
int main() {
asm volatile(
"movl $0x1B,%eax\n\t"
"syscall\n\t"
);
printf("Hello mincore");
return 0;
}
然后采用gcc静态编译，生成可执行文件
gcc -o test_mincore test_mincore.c -static
重新执行
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../rootfs.cpio.gz qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz
在qemu中 可以查看到系统中已经有了可执行程序test_mincore
五、GDB调试
1、采用如下命令启动qemu
qemu-system-x86_64 -kernel linux-5.4.34/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.cpio.gz -s -S
然后重新开启一个命令行，启动gdb
cd linux-5.4.34/ gdb vmlinux (gdb) target remote:1234 (gdb) b __x64_sys_mincore
在mincore调用处打了一个断点，然后输入c继续，qemu开始执行
在qemu中执行test_mincore，在gdb中捕获到断点
在gdb中采用bt命令可以查看堆栈信息，l命令查看对应代码。由下图可知，mincore是通过syscall来进行的系统调用，entry_SYSCALL_64是系统调用的入口
然后使用n命令进行单步执行，可以在gdb中查看保存现场信息的步骤
其中，swapgs指令的作用适用于保存现场，高效的保存上下文的快照。popq %rdi和popq %rsp的作用是恢复寄存器和堆栈现场。最后通过USERGS_SYSRET64宏恢复现场（swapgs）并返回（sysretq）。
六、实验总结
系统调用通过entry_SYSCALL_64入口进行系统调用，其中 执行swapgs来进行保存现场。并通过rax寄存器保存系统调用号，找到对应的mincore系统调用。在系统调用表sys_call_table中找到相应的函数进行调用并将寄存器中保存的参数取出来，作为函数参数，然后陷入内核。系统调用函数执行完毕后，通过popq %rdi 、popq %rsp和宏USERGS_SYSRET64恢复现场并返回。
原文：https://www.cnblogs.com/bryanmelody/p/12960592.html