[OS64][029]源碼閱讀：程序5-2 從用戶層（3特權(quán)級(jí)）到 內(nèi)核層（0特權(quán)級(jí)）再回 用戶層（3特權(quán)級(jí)）

學(xué)習(xí)筆記

使用教材（配書源碼以及使用方法）
《一個(gè)64位操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》
http://www.ituring.com.cn/book/2450
http://www.itdecent.cn/p/28f9713a9171

源碼結(jié)構(gòu)

  • 配書代碼包 ：第5章 \ 程序 \ 程序5-2

程序5-2 運(yùn)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(yùn)行結(jié)果

程序5-2 執(zhí)行過(guò)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(quán)級(jí)）到用戶層（3特權(quán)級(jí)）
http://www.itdecent.cn/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(wú)疑問(wèn)運(yùn)行在 內(nèi)核層，
current是一個(gè)宏，目的是獲取當(dāng)前的進(jìn)程結(jié)構(gòu)體，
那么，很明顯，此處的current獲取到的就是 屬于內(nèi)核層的進(jìn)程結(jié)構(gòu)體
自然，current->thread->rsp0 就是內(nèi)核層的?；刂?內(nèi)核層的棧空間本質(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(yùn)行結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，第一個(gè)進(jìn)程init_task_union
[http://www.itdecent.cn/p/b30fb97a1dc4](http://www.itdecent.cn/p/b30fb97a1dc4)

二、進(jìn)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(dāng)于輸入是 RAX=15 、輸出時(shí)有 ret=RAX

  • leaq sysexit_return_address(%%rip), %%rdx 把應(yīng)用程序的返回地址（即返回到標(biāo)號(hào)處）填入RDX(等下回來(lái)就是回來(lái)到標(biāo)號(hào)sysexit_return_address:處)

  • movq %%rsp, %%rcx 將當(dāng)前的CPU 寄存器RSP填入CPU寄存器RCX，當(dāng)執(zhí)行到函數(shù)user_level_function()時(shí)，已經(jīng)是位于用戶層了，因此當(dāng)前的RSP就是指向用戶層的?；刂?，毫無(wú)疑問(wèn)這里的值應(yīng)該就是硬編碼的0xa00000（等下回來(lái)時(shí)候要用）

  • sysenter ，兩個(gè)需要的參數(shù)是上面的wrmsr提供的，接著會(huì)跳轉(zhuǎn)到 system_call

三、實(shí)現(xiàn) 3特權(quán)級(jí) 到 0特權(quán)級(jí)： sysenter

  • 1、system_call 最后是一句callq system_call_function 
 sysenter  會(huì)導(dǎo)致 EFLAGS 的 if 標(biāo)志位復(fù)位 即不允許中斷
這里手動(dòng)打開(kāi)，允許中斷 ，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(gè)代碼段，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(jī)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、system_call_function帶著從no_system_call來(lái)的返回值RAX=-1是返回到哪里呢？
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(jié)構(gòu)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(shè)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(duì)應(yīng)的，那么其實(shí)就是返回到 callq system_call_function 后一條指令處，即ret_system_call的入口地址

四、實(shí)現(xiàn) 0特權(quán)級(jí) 回到 3特權(quán)級(jí) ： 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(yǔ)句，填好了
RDX = 用戶層 user_level_function() 的標(biāo)號(hào)sysexit_return_address: 處
RCX = 用戶層的?；刂?

五、回到 用戶層 user_level_function() 的標(biāo)號(hào) 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(lái)了，還帶著返回值RAX=-1，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(guò)程

  • 驗(yàn)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(diǎn)設(shè)置到system_call_function的return語(yǔ)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>:
最后編輯于 ：
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
【社區(qū)內(nèi)容提示】社區(qū)部分內(nèi)容疑似由AI輔助生成，瀏覽時(shí)請(qǐng)結(jié)合常識(shí)與多方信息審慎甄別。
平臺(tái)聲明：文章內(nèi)容（如有圖片或視頻亦包括在內(nèi)）由作者上傳并發(fā)布，文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點(diǎn)，簡(jiǎn)書系信息發(fā)布平臺(tái)，僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。

友情鏈接更多精彩內(nèi)容