深入理解linux内核

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发布于：Jul 13, 2020

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庖丁解牛linux内核

堆栈寄存器

• esp, 堆栈指针
• ebp，基址指针

利用堆栈实现函数的调用和返回

• cs:eip总是指向下一条指令的地址，在跳转时cs:eip的值会根据程序需要被修改
• call将当前cs:eip的值压入栈顶，cs:eip指向被调用函数的入口
• ret从栈顶弹出原来保存在这里的cs:eip的值，放入cs:eip中

函数调用框架

• 调用者:call func
  • call把call func指令的下一条指令保存在栈顶，eip指向函数开始处
• 被调用者:储存在某块地址

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  // 建立被调用者函数的堆栈框架 push %ebp mov %esp,%ebp 函数体 // 拆除被调用者函数的堆栈框架 movl %ebp,%esp pop %ebp ret

  • call被调用前程序可能就有使用堆栈，esp到ebp之间的内容被占用
  • call执行之后
    • 当前cs:eip入栈，然后cs:eip指向函数开始，然后向下执行
    • push和mov把ebp(原栈底)入栈，然后ebp指向esp，即开辟一段新的栈，供函数使用
    • 函数调用结束后mov和pop恢复原来的栈顶和栈底
    • ret把栈顶元素(cs:eip)出栈，赋给cs:eip，即恢复原cs:eip

参数传入

如调用一个两个参数的函数func(x, y);

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pushl 0xfffffff8(%ebp)
pushl 0xfffffff4(%ebp) 
// 先通过栈底+偏移的方式把局部变量压栈，方便在函数框架建立后使用
// 然后再call func建立函数框架

call funn
add $0x8,%esp
// 由于压入了两个参数，所以通过这样的方式来清理掉

一个函数也会有自己的局部变量，所以函数框架创建后，编译器会扫描整个函数，然后计算需要的空间，位局部变量预留空间。以main函数为例

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int main(){
    push %ebp
    mov %esp,%ebp
    sub 立即数,%esp  // 为声明的变量预留空间
    ...

    movl %ebp,%esp
    pop %ebp
    ret
}

中断

中断信号发生时，cpu把当前的eip、ebp等都压到 内核堆栈 保存现场。然后把eip指向中断处理程序入口，执行中断处理程序。

嵌入汇编语法

内嵌汇编语法

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__asm__(
    汇编语句模板：
    输出部分：
    输入部分：
    破坏描述部分：); // 表示这代码可能会破坏哪个寄存器的内容等

看个例子

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#include<stdio.h>

int main(){
    // val1+val2=val3
    unsigned int val1 = 1;
    unsigned int val2 = 2;
    unsigned int val3 = 3;

    asm volatile(
    "movl$0,%%eax\n\t"  // 把eax清0,%%转意
    "addl%1,%%eax\n\t"  // %eax+=val1
    // %1，%2等指下面输出和输入部分从0开始编号
    // 所以%1指val1
    "addl%2,%%eax\n\t"  // %eax+=val2
    "movl%%eax,%0\n\t"  // val2 = %eax
    :"=m"(val3)         // =m指写到内存变量
    :"c"(val1),"d"(val2)// c,d做修饰，指%eax,%edx，用ecx存val1，edx存val2
    );
    printf("val1:%d+val2:%d=val3:%d\n", val1, val2, val3);

    return 0;
}

内嵌汇编常用修饰符(限定符)

用户态、内核态和中断处理过程

CPU一般都有几种不同的指令执行级别。在高级级别下，代码可以执行 特权指令，访问访问任意物理地址 ，这种CPU执行级别对应内核态，类似的用户态。

linux中如何区分用户态和内核态：一般来说地址空间是一个显著特征(cs:eip)，0xc0000000以上的地址空间只有在内核态下可以访问，0x00000000-0xbfffffff的地址空间两种状态都可以访问。

用户态可以传递系统调用号，系统调用根据系统调用号跳到内核态进行相应的处理。