Linux系統(tǒng)調(diào)用與ptrace分析（實驗報告）


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Linux系統(tǒng)調(diào)用與ptrace分析

概述
1．Linux的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，最核心的是計算機硬件，它提供對Linux軟件的支持，靠近硬件的內(nèi)層是Linux內(nèi)核程序（即操作系統(tǒng)）。內(nèi)核直接和硬件打交道是程序和硬件之間的接口或界面。它對一切外層程序提供公共服務(wù)，把外部程序同硬件隔離開。內(nèi)核程序大致可分為文件系統(tǒng)管理，進程管理，內(nèi)存管理等幾部分。進程管理又分為低級進程管理和高級進程管理。低級進程管理主要包括：進程調(diào)度分配，控制占用處理器的程序和基本的進程通信。高級進程管理主要包括：進程的創(chuàng)建，終止，進程間通信，進程在內(nèi)存和外存之間的轉(zhuǎn)儲，信號機構(gòu)和進程間跟蹤控制等。內(nèi)核程序的外層是實用程序，內(nèi)核提供對實用程序的支持，兩層之間的界面是系統(tǒng)調(diào)用。內(nèi)核外的實用程序通過系統(tǒng)調(diào)用來和內(nèi)核打交道。實現(xiàn)的過程是通過一種特殊的指令（陷入指令）進入內(nèi)核，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用處理程序。這也是本文將主要討論的問題。

2．80386體系結(jié)構(gòu)
80386的體系結(jié)構(gòu)承認兩類事件。

異常（exceptions）
中斷（interrupts）
他們兩都會引起“上下文轉(zhuǎn)換”同時建立一個過程或任務(wù)，中斷可以隨時隨地發(fā)生（包括在執(zhí)行程序時）所以用來響應(yīng)硬件信號。而異常則由指令內(nèi)部錯誤引起。
每一個異常或中斷都有一個唯一的標識符，在linux中被稱為向量。
指令內(nèi)部異常和NMI（不可屏蔽中斷）的中斷向量的范圍從0—31。32-255的任何向量都可以用做
可屏蔽中斷
編程（調(diào)試）異常
至于可屏蔽中斷則取決于該系統(tǒng)的硬件配置。外部中斷控制器在中斷響應(yīng)周期把中斷向量放到總線上。

3． Linux系統(tǒng)調(diào)用流程概述
Linux系統(tǒng)調(diào)用的流程非常簡單，它由0x80號中斷進入系統(tǒng)調(diào)用入口，通過使用系統(tǒng)調(diào)用表保存系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)函數(shù)的入口地址來實現(xiàn),本文首先分析一般Linux系統(tǒng)調(diào)用的流程，然后再分析Linux系統(tǒng)調(diào)用sys_ptrace（）.
Linux系統(tǒng)調(diào)用的流程分析
設(shè)定0x80號中斷
系統(tǒng)啟動后，先進行初始化，其中一部分重要的工作在start_kernel()函數(shù)（main.c中定義）中進行，在該函數(shù)中先做必要的初始化工作（setup_arch（）與paging_init（）），各種trap入口就在該函數(shù)中通過調(diào)用trap_init()（traps.c）被設(shè)置，其中與系統(tǒng)調(diào)用有關(guān)的是：set_system_gate(0x80,&system_call);
“set_system_gate()”是一宏，它在“system.h”中被定義：

#define set_system_gate(n,addr)
_set_gate(&idt[n],15,3,addr)
……中斷描述表結(jié)構(gòu)（head.s）
其中“_set_gate()”也是在該文件中定義的宏：

#define _set_gate(gate_a