学内核之二十一：系统调用栈结构分析
目录
一 构建分析环境
二 栈的位置
三 栈开头8字节
四 寄存器环境
五 R4和R5
六 如何确定系统调用的具体函数
一 构建分析环境
为了分析方便，做了如下测试环境：
内核实现一个简单的创建字符设备的驱动
应用层实现一个c程序，操作为打开内核创建的字符设备文件
内核在处理open设备文件的接口中，将指针设置为空，并在该空指针上赋值。这样，就触发内核的空指针异常，输出oops及相关堆栈。
为了说明方便，将内核的栈信息单独提取出来
<0>dee0: beceeccc c00cd8f4 00000041 c004897c cf050790 cf5ab990 ea7ef579 00000006
<0>df00: cd826015 c0718100 00000000 cf401c38 ce2c3bc8 00000101 00000004 0000003e
<0>df20: 00000000 00000000 00000000 ffffff9c cd826000 00000ff0 c0776c30 000105f0
<0>df40: 00000000 00000000 ffffff9c cd826000 00000005 00000003 ffffff9c cd826000-1 -2 -3 -4 -5 -6
<0>df60: 00000005 c00bec3c c0714080 c071f780 cd0e2480 00000000 c0000000 00000024-7 -8 -9 r4 r5 r6 r7 r8
<0>df80: 00000100 00000001 cd3cc000 0001056c 00000000 00010354 00000005 c000e6a8r9 lr r4 r5 r0 0 r1 1 -18 2 3
<0>dfa0: cd3cc000 c000e4e0 0001056c 00000000 000105f0 00000000 00000001 000000004 5 6 7 8 9 10 11
<0>dfc0: 0001056c 00000000 00010354 00000005 00000000 00000000 b6f8b000 beceeccc12 13 sp 14 lr 15 pc 16 cpsr 17-old r0 rev rev
<0>dfe0: 00000000 beceecb4 000104fc b6df902c 60080010 000105f0 00000000 00000000
<4>[<bf8f5074>] (second_open [debug_for_syscall_statck]) from [<c00c35fc>] (chrdev_open+0xd0/0x190)
<4>[<c00c35fc>] (chrdev_open) from [<c00bd790>] (do_dentry_open+0x1d8/0x2f0)
<4>[<c00bd790>] (do_dentry_open) from [<c00cbe44>] (do_last+0x6b0/0xc5c)
<4>[<c00cbe44>] (do_last) from [<c00cc4a8>] (path_openat+0xb8/0x640)
<4>[<c00cc4a8>] (path_openat) from [<c00cd8f4>] (do_filp_open+0x2c/0x88)
<4>[<c00cd8f4>] (do_filp_open) from [<c00bec3c>] (do_sys_open+0x104/0x1c8)
<4>[<c00bec3c>] (do_sys_open) from [<c000e4e0>] (ret_fast_syscall+0x0/0x38)上面，已对栈的信息做了标注。下面看这些标注如何得来。
二 栈的位置
参考之前对oops异常的分析。主要是内核栈占用两个页面，共8KB，一头上threadinfo，一头是内核栈栈底。栈向下增长，从高地址到低地址。
三 栈开头8字节
内核栈预留了8个字节
这是内核设计保留的，具体原因参考内核的修改记录
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/history/history.git/commit/?id=415395e19fd197ce4f248902dba54f4065af547c
Always leave 8 bytes free at the top of the kernel stack. Thisprevents the stack becoming completely empty when do_exit() iscalled from an exiting nfsd() thread, and causing the wrongpointer to be returned from current_thread_info()
代码中也是如此定义栈开始位置的。
./arch/arm/include/asm/thread_info.h:#define THREAD_START_SP (THREAD_SIZE - 8)上面标记为rev的两个位置
四 寄存器环境
接下来18个位置，为寄存器环境保存用。占用大小根据pg_regs定义来，72字节
具体入栈操作在entry-common.S中
.align 5ENTRY(vector_swi)#ifdef CONFIG_CPU_V7Mv7m_exception_entry#elsesub sp, sp, #S_FRAME_SIZEstmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0 - r12ARM( add r8, sp, #S_PC )ARM( stmdb r8, {sp, lr}^ ) @ Calling sp, lr。。。。。。上述文件在kernel目录的如下位置：
./arch/arm/kernel/entry-common.S:ENTRY(vector_swi)
vector_swi定义了系统调用异常的入口。也就是上层c代码进入c库使用swi指令触发系统调用时，会触发异常，在异常向量表中，执行上述汇编代码
在上述汇编代码中，保存了栈的18个位置
其中的7保存了系统调用号
五 R4和R5
在调用系统调用接口之前，保存了两个寄存器
local_restart:ldr r10, [tsk, #TI_FLAGS] @ check for syscall tracingstmdb sp!, {r4, r5} @ push fifth and sixth argstst r10, #_TIF_SYSCALL_WORK @ are we tracing syscalls?bne __sys_tracecmp scno, #NR_syscalls @ check upper syscall limitadr lr, BSYM(ret_fast_syscall) @ return addressldrcc pc, [tbl, scno, lsl #2] @ call sys_* routiner4 和 r5之后，使用r8保存系统调用表，使用7中的中断号，右移两位，每个调用占用4字节，修改pc寄存器，直接跳转到系统调用中
跳转之前，将返回地址写入lr寄存器中
六 如何确定系统调用的具体函数
sys_call_table确定开始位置
call.S确定具体函数名
/* 0 */ CALL(sys_restart_syscall)CALL(sys_exit)CALL(sys_fork)CALL(sys_read)CALL(sys_write)/* 5 */ CALL(sys_open)./arch/arm/include/asm/unistd.h:#define __NR_syscalls (388)共有388个项目，所以sys_call_table开始位置保留 388×4大小的空间
这些空间在vmlinux.o目标中是填充的零。此文件反汇编后，虚拟地址的开始位置为0
需要查看vmlinux的反汇编。这个反汇编中，虚拟地址开始位置调整为c0000000了，且上述表的内容也有具体内容了。
c000e6a8 <sys_call_table>:c000e6a8: c002e0d8 ldrdgt lr, [r2], -r8c000e6ac: c0024c64 andgt r4, r2, r4, ror #24c000e6b0: c0021940 andgt r1, r2, r0, asr #18c000e6b4: c00cf1b8 ; <UNDEFINED> instruction: 0xc00cf1b8c000e6b8: c00cf254 andgt pc, ip, r4, asr r2 ; <UNPREDICTABLE>c000e6bc: c00cdf74 andgt sp, ip, r4, ror pcc000e6c0: c00cccd4 ldrdgt ip, [ip], -r4c000e6c4: c003aa08 andgt sl, r3, r8, lsl #20c000e6c8: c00cdf90 mulgt ip, r0, pc ; <UNPREDICTABLE>这里，5号调用，第六个位置，地址为c00cdf74
该地址的汇编代码为
c00cdf74 <SyS_open>:c00cdf74: e6ff3072 uxth r3, r2c00cdf78: e1a02001 mov r2, r1c00cdf7c: e1a01000 mov r1, r0c00cdf80: e3e00063 mvn r0, #99 ; 0x63c00cdf84: eaffff88 b c00cddac <do_sys_open>所以，系统调用最开始调用SyS_open，接着调用do_sys_open
这就跟上述栈的回溯对应上了
c00cddac <do_sys_open>:c00cddac: e3a0c040 mov ip, #64 ; 0x40c00cddb0: e7dfc81c bfi ip, ip, #16, #16c00cddb4: e012c00c ands ip, r2, ipc00cddb8: 17eb3053 ubfxne r3, r3, #0, #12c00cddbc: e92d43f0 push {r4, r5, r6, r7, r8, r9, lr}c00cddc0: e24dd024 sub sp, sp, #36 ; 0x24这个函数里，入栈7个位置，并预留9个位置，这也跟上述栈标记及栈回溯对应上了
关于系统调用时如何通过代码里的宏定义等映射到SyS_open的，后续再看。
基于此，就可以进行栈分析了。
七 其他
关于汇编里的伪代码 标记 头文件引入 指令集选择 新旧ABI兼容处理 等等，就不记录了，可以结合最终汇编代码，确定一些条件编译的情况