linux内核源代码导读

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1、Linux内核源代码导读中国科学技术大学计算机系陈香兰（0551－3606864）xlanchen@ustc.edu.cnSpring2009序一些基本概念操作系统的基本概念I386系统的基本概念Linux简介源码阅读和project环境Linux2.6.26源码简介操作系统的基本概念任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，称为操作系统。内核（进程管理，进程调度，进程间通讯机制，内存管理，中断异常处理，文件系统，I/O系统，网络部分）其他程序（例如函数库，shell程序等等）操作系统的目的与硬件交互，管理所有的硬件资源为用户程序（应用程序）提供一

2、个良好的执行环境I386系统的基本概念代码的运行堆栈的概念内核态与用户态中断/异常/系统调用虚拟内存代码的运行关键寄存器cs:eip：总是指向下一条的指令地址顺序执行：总是指向地址连续的下一条指令跳转/分支：执行这样的指令的时候，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地址ret：从栈顶弹出原来保存在这里的cs:eip的值，放入cs:eip中发生中断时？？？？？？？I386系统的基本概念代码的运行堆栈的概念内核态与用户态中断/异常/系统调用虚拟内存堆栈的概念堆栈是C语言程序运行

3、时必须的一个记录调用路径和参数的空间函数调用框架传递参数保存返回地址提供局部变量空间等等C语言编译器对堆栈的使用有一套的规则了解堆栈存在的目的和编译器对堆栈使用的规则是理解操作系统一些关键性代码的基础以x86体系结构为例堆栈寄存器和堆栈操作堆栈相关的寄存器esp，堆栈指针（stackpointer）ebp，基址指针（basepointer）堆栈操作push栈顶地址减少4个字节（32位）pop栈顶地址增加4个字节ebp在C语言中用作记录当前函数调用基址espebp高地址低地址esp//调用者…calltarget…利用堆栈实现函数调用和返回//建立

4、被调用者函数的堆栈框架pushl%ebpmovl%esp,%ebp//拆除被调用者函数的堆栈框架movl%ebp,%esppopl%ebpret//被调用者函数体//dosth.…call指令：1）将下一条指令的地址A保存在栈顶2）设置eip指向被调用程序代码开始处将地址A恢复到eip中函数堆栈框架的形成callxxx执行call之前执行call时，cs:eip原来的值指向call下一条指令，该值被保存到栈顶，然后cs:eip的值指向xxx的入口地址进入xxx第一条指令：pushl%ebp第二条指令：movl%esp,%ebp函数体中的常规

5、操作，可能会压栈、出栈退出xxxmovl%ebp,%esppopl%ebpretespebp高地址低地址cs:eipespebpespebpespC语言中还使用堆栈进行参数的传递局部变量的使用一段小程序源文件：test.c这是一个很简单的C程序main函数中调用了函数p1和p2首先使用gcc生成test.c的可执行文件test然后使用objdump–S获得test的反汇编文件eipeipeipeip观察程序运行时堆栈的变化main…p1(c)…p2(x,y)…p1p2mainp2p1程序的代码段堆栈eipespmain堆栈ceipeipeipp1

6、的堆栈espeipeipeipx，yeipp2堆栈eip另一段小程序和前一段小程序稍有不同在这个小程序中，main函数中调用了函数p2，而在p2的执行过程中又调用了函数p1观察程序运行时堆栈的变化eipeipeipeipmain…p2(x,y)…p1p2…p1(c)…mainp2p1程序的代码段堆栈eipespmain堆栈espeipeipx，yeipp2堆栈eipeipeipeipceipp1堆栈espI386系统的基本概念代码的运行堆栈的概念内核态与用户态中断/异常/系统调用虚拟内存用户态和内核态的概念Why？假定不区分用户直接修改操作系统

7、的数据用户直接调用操作系统的内部函数用户直接操作外设用户任意读/写物理内存因此，要区分用户态和内核态：禁止用户程序和底层硬件直接打交道(最简单的例子，如果用户程序往硬件控制寄存器写入不恰当的值，可能导致硬件无法正常工作)禁止用户程序访问任意的物理内存(否则可能会破坏其他程序的正常执行，如果对核心内核所在的地址空间写入数据的话，会导致系统崩溃)什么是用户态和内核态？一般现代CPU都有几种不同的指令执行级别在高执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理地址，这种CPU执行级别就对应着内核态而在相应的低级别执行状态下，代码的掌控范围会受到限制。只

8、能在对应级别允许的范围内活动举例：intelx86CPU有四种不同的执行级别0-3，Linux只使用了其中的0级和3级分别来表示内核态和