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1、Linux系统调用与ptrace分析概述1Linux的系统结构在Linux系统结构中，最核心的是计算机硬件，它提供对Linux软件的支持，靠近硬件的内层是Linux内核程序（即操作系统）。内核直接和硬件打交道是程序和硬件之间的接口或界面。它对一切外层程序提供公共服务，把外部程序同硬件隔离开。内核程序大致可分为文件系统管理，进程管理，内存管理等几部分。进程管理又分为低级进程管理和高级进程管理。低级进程管理主要包括：进程调度分配，控制占用处理器的程序和基本的进程通信。高级进程管理主要包括：进程的创建，终止，进程间通信，进程在内存和外存之间的转储，信号机构和进程间跟踪控制等。内核程序的外层是实用程序
2、，内核提供对实用程序的支持，两层之间的界面是系统调用。内核外的实用程序通过系统调用来和内核打交道。实现的过程是通过一种特殊的指令（陷入指令）进入内核，然后转入相应的系统调用处理程序。这也是本文将主要讨论的问题。280386体系结构80386的体系结构承认两类事件。1. 异常（exceptions）2. 中断（interrupts）他们两都会引起“上下文转换”同时建立一个过程或任务，中断可以随时随地发生（包括在执行程序时）所以用来响应硬件信号。而异常则由指令内部错误引起。每一个异常或中断都有一个唯一的标识符，在linux中被称为向量。指令内部异常和NMI（不可屏蔽中断）的中断向量的范围从031。
3、32-255的任何向量都可以用做1. 可屏蔽中断2. 编程（调试）异常至于可屏蔽中断则取决于该系统的硬件配置。外部中断控制器在中断响应周期把中断向量放到总线上。3Linux系统调用流程概述Linux系统调用的流程非常简单，它由0x80号中断进入系统调用入口，通过使用系统调用表保存系统调用服务函数的入口地址来实现,本文首先分析一般Linux系统调用的流程，然后再分析Linux系统调用sys_ptrace（）.一. Linux系统调用的流程分析1.1 设定0x80号中断系统启动后，先进行初始化，其中一部分重要的工作在start_kernel()函数（main.c中定义）中进行，在该函数中先做必要的
4、初始化工作（setup_arch（）与paging_init（），各种trap入口就在该函数中通过调用trap_init()（traps.c）被设置，其中与系统调用有关的是：set_system_gate(0x80,&system_call);“set_system_gate()”是一宏，它在“system.h”中被定义：#define set_system_gate(n,addr) _set_gate(&idtn,15,3,addr) 中断描述表结构（head.s）其中“_set_gate()”也是在该文件中定义的宏：#define _set_gate(gate_addr,type,dpl,
5、addr) _asm_ _volatile_ (movw %dx,%axnt movw %2,%dxnt movl %eax,%0nt movl %edx,%1 :=m (*(long *) (gate_addr), =m (*(1+(long *) (gate_addr) :i (short) (0x8000+(dpl13)+(type8), d (char *) (addr),a (KERNEL_CS = 0) return (type) _res; errno = -_res; return -1; 该宏的第一个参数是一类类型参数，它指明系统调用返回值的类型，第二个参数指明系统调用的名称
6、。参数列表中若还有参数，则第2i个参数是系统调用函数的第i个参数的类型，第2i+1个参数是系统调用函数的第i个参数该宏的主体部分是一内联汇编，在内联汇编中只有一条扩展汇编指令，即“int $0x80”，该语句两个冒号后的语句设置输入和输出寄存器。第一个冒号后的语句指明返回参数（即_res）使用eax寄存器。第二个冒号后面指定接受输入的寄存器,“0 (_NR_#name),”将参数name与“_NR_”串接起来，形成的标志符存入eax寄存器，作为区别系统调用类型的唯一参数，例如设置name为“ptrace”，那么，gcc编译器将把“_NR_”与之串接，被视为标志符“_NR_ptrace”，由于在
7、文件“include/asm-i386/unistd.h”中已定义其为26，那么，传给eax的值将为26。后面的语句将参数arg1,arg2分别传给寄存器ebx和ecx，在“_syscallX”宏中，有如下约定:arg1值存入寄存器ebx；arg2值存入寄存器ecx；arg3值存入寄存器edx；arg4值存入寄存器esi；arg5值存入寄存器edi；在该宏的最后，判断返回值“_res”是否合法，若为负数，表明在系统调用中出错，将其绝对值作为出错号赋给全局变量“errno”，并返回-1，否则返回“_res”。该宏的唯一一条汇编指令“int $0x80”使程序流程转入“system_call”。1
8、.4 转入system_callsystem_call是在汇编语言文件“entry.S”中定义的一入口，在Linux中，所有的系统调用都是通过中断“int &0x80”语句来实现的，因而，system_call是所有系统调用的入口。下面解释关于它的一些重要指令，以清晰它的流程：1 首先，pushl %eax,保存原来的eax寄存器，然后调用宏“SAVE_ALL”将现有通用寄存器保存，寄存器的保存不但避免影响原来的寄存器数据，而且提供了一种传递参数的方法。正如在2.2节所指出的，这样保存的一帧寄存器，与该过程所要传递的pt_regs结构相对应。在该宏中，还使ds和es指向内核的数据段，使fs指向
9、用户的数据段。 #define SAVE_ALL cld; push %gs; push %fs; push %es; push %ds; pushl %eax; pushl %ebp; pushl %edi; pushl %esi; pushl %edx; pushl %ecx; pushl %ebx; movl $(KERNEL_DS),%edx; mov %dx,%ds; mov %dx,%es; movl $(USER_DS),%edx; mov %dx,%fs; 2 语句“cmpl $(NR_syscalls),%eax”比较NR_syscalls与eax的大小，如果eax大于或等于
10、NR_syscalls，表明指定的系统调用函数错误，“jae ret_from_sys_call”使系统调用直接返回。3 . 流程进入ret_from_sys_call，该过程内处理一些系统调用返回前应该处理的事情，如检 测bottom half缓冲区，判断CPU是否需要重新调度等. 先注意全局变量intr_count，它虽然不是信号量，但也部分的具有了信号量的作用，表 示已有进程进入bottom_half,它在系统处理bottom_half时增1，则其为非零。 语句“cmpl $0,SYMBOL_NAME(intr_count)”就是进行上述判断，若非零，处理 bottom half 缓冲区。（“jne handle_bottom_half”
