學習筆記
使用教材（配書源碼以及使用方法）
《一個64位操作系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)》
http://www.ituring.com.cn/book/2450
http://www.reibang.com/p/28f9713a9171
源碼結構
- 配書代碼包 ：第5章 \ 程序 \ 程序5-2
程序5-2 運行
ls
cd bootloader
make clean
make
cd ../
cd kernel
make clean
make
cd ../
sudo mount boot.img media -t vfat -o loop
sudo cp bootloader/loader.bin media
sync
sudo cp bootloader/boot.bin media
sync
sudo cp kernel/kernel.bin media
sync
bochs -f ./bochsrc
程序5-2運行結果
程序5-2 執(zhí)行過程
一、到 user_level_function()為止的流程參考
[OS64][028]源碼閱讀：程序5-1 從內(nèi)核層（0特權級）到用戶層（3特權級）
http://www.reibang.com/p/37f2f96db932
- 為了執(zhí)行
sysenter指令而在init_task()函數(shù)中新增的代碼
init_task() {
. . .
wrmsr(0x174,KERNEL_CS); // 程序5-1已有
wrmsr(0x175,current->thread->rsp0); // new
wrmsr(0x176,(unsigned long)system_call); // new
. . .
}
init_task() 毫無疑問運行在 內(nèi)核層，
current是一個宏况增，目的是獲取當前的進程結構體劣纲，
那么挎塌，很明顯采缚，此處的current獲取到的就是 屬于內(nèi)核層的進程結構體
自然嘴脾，current->thread->rsp0 就是內(nèi)核層的検永郑基地址
內(nèi)核層的椔宀螅空間本質(zhì)上就是全局變量聯(lián)合體union task_union init_task_union其中的數(shù)組空間
參考 [OS64][025]源碼閱讀：程序4-11：運行結果，數(shù)據(jù)結構佑淀，第一個進程init_task_union
[http://www.reibang.com/p/b30fb97a1dc4](http://www.reibang.com/p/b30fb97a1dc4)
二留美、進入位于用戶層user_level_function()的函數(shù)
void user_level_function()
{
long ret = 0;
color_printk(RED,BLACK,"user_level_function task is running\n");
__asm__ __volatile__ ( "leaq sysexit_return_address(%%rip), %%rdx \n\t"
"movq %%rsp, %%rcx \n\t"
"sysenter \n\t"
"sysexit_return_address: \n\t"
:"=a"(ret):"0"(15):"memory");
color_printk(RED,BLACK,"user_level_function task called sysenter,ret:%ld\n",ret);
while(1);
}
:"=a"(ret):"0"(15):相當于輸入是RAX=15、輸出時有ret=RAXleaq sysexit_return_address(%%rip), %%rdx把應用程序的返回地址（即返回到標號處）填入RDX(等下回來就是回來到標號sysexit_return_address:處)movq %%rsp, %%rcx將當前的CPU 寄存器RSP填入CPU寄存器RCX，當執(zhí)行到函數(shù)user_level_function()時谎砾，已經(jīng)是位于用戶層了逢倍，因此當前的RSP就是指向用戶層的棧基地址景图，毫無疑問這里的值應該就是硬編碼的0xa00000（等下回來時候要用）sysenter较雕，兩個需要的參數(shù)是上面的wrmsr提供的，接著會跳轉到system_call
三挚币、實現(xiàn) 3特權級 到 0特權級： sysenter
- 1亮蒋、
system_call最后是一句callq system_call_function
sysenter 會導致 EFLAGS 的 if 標志位復位 即不允許中斷
這里手動打開，允許中斷 妆毕，使用指令 sti
ENTRY(system_call)
sti
subq $0x38, %rsp
cld;
pushq %rax;
. . .
pushq %r15;
movq $0x10, %rdx;
movq %rdx, %ds;
movq %rdx, %es;
movq %rsp, %rdi
callq system_call_function ////////
ENTRY(ret_system_call)
movq %rax, 0x80(%rsp)
popq %r15
. . .
popq %rax
addq $0x38, %rsp
.byte 0x48
sysexit
這兩個代碼段慎玖，在源碼文件entry.S就是連在一起的，
下面是反匯編后它們的機器碼以及線性地址：
ffff800000104027 <system_call>:
ffff800000104027: fb sti
. . .
ffff80000010405c: 48 89 e7 mov %rsp,%rdi
ffff80000010405f: e8 da 72 00 00 callq ffff80000010b33e <system_call_function>
ffff800000104064 <ret_system_call>:
ffff800000104064: 48 89 84 24 80 00 00 mov %rax,0x80(%rsp)
. . .
ffff80000010407d: 59 pop %rcx
ffff80000010407e: 5a pop %rdx
. . .
ffff80000010408f: 48 0f 35 rex.W sysexit
- 2笛粘、
system_call_function帶著從no_system_call來的返回值RAX=-1是返回到哪里呢趁怔？
unsigned long system_call_function(struct pt_regs * regs)
{
return system_call_table[regs->rax](regs);
}
#define MAX_SYSTEM_CALL_NR 128
函數(shù)指針類型
返回值是 unsigned long
傳入?yún)?shù)是 結構體pt_regs指針
typedef unsigned long (* system_call_t)(struct pt_regs * regs);
unsigned long no_system_call(struct pt_regs * regs)
{
color_printk(RED,BLACK,"no_system_call is calling,NR:%#04x\n",regs->rax);
return -1;
}
目前全部的 系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù) 都設置成 no_system_call
system_call_t system_call_table[MAX_SYSTEM_CALL_NR] =
{
[0 ... MAX_SYSTEM_CALL_NR-1] = no_system_call
};
- 3、由于
callq與retq是一一對應的薪前，那么其實就是返回到callq system_call_function后一條指令處润努，即ret_system_call的入口地址
四、實現(xiàn) 0特權級 回到 3特權級 ： sysexit
ffff800000104064 <ret_system_call>:
ffff800000104064: 48 89 84 24 80 00 00 mov %rax,0x80(%rsp)
. . .
ffff80000010407d: 59 pop %rcx
ffff80000010407e: 5a pop %rdx
. . .
ffff80000010408a: 58 pop %rax
ffff80000010408b: 48 83 c4 38 add $0x38,%rsp
ffff80000010408f: 48 0f 35 rex.W sysexit
兩條popq語句示括，填好了
RDX = 用戶層 user_level_function() 的標號sysexit_return_address: 處
RCX = 用戶層的椘探剑基地址
五、回到 用戶層 user_level_function() 的標號 sysexit_return_address: 處
void user_level_function()
{
long ret = 0;
color_printk(RED,BLACK,"user_level_function task is running\n");
__asm__ __volatile__ ( . . .
"sysexit_return_address: \n\t"
:"=a"(ret):"0"(15):"memory");
color_printk(RED,BLACK,"user_level_function task called sysenter,ret:%ld\n",ret);
while(1);
}
- 回來了例诀，還帶著返回值
RAX=-1随抠，繼續(xù)執(zhí)行，輸出字符串黑底紅字的user_level_function task called sysenter,ret:-1
程序5-2 調(diào)試過程
- 驗證：
return system_call_table[regs->rax](regs);是不是返回到了<ret_system_call>:處
<bochs:1> b 0x10b36d
<bochs:2> c
(0) Breakpoint 1, 0xffff80000010b36d in ?? ()
Next at t=63456943
(0) [0x00000010b36d] 0008:ffff80000010b36d (unk. ctxt): ret ; c3
<bochs:3> print-stack
Stack address size 8
| STACK 0xffff80000011ff38 [0xffff8000:0x00104064]
<bochs:4> s
Next at t=63456944
(0) [0x000000104064] 0008:ffff800000104064 (unk. ctxt): mov qword ptr ss:[rsp+128], rax ; 4889842480000000
直接斷點設置到system_call_function的return語句：
ffff80000010b33e <system_call_function>:
. . .
ffff80000010b36d: c3 retq
0x 104064 處就是 ret_system_call的入口地址：
ffff800000104064 <ret_system_call>:
