学号372：内核调试与系统调用分析

实验环境

本次实验基于以下工具和平台完成：

运行环境：Ubuntu 18.04 LTS（VMware虚拟机）

模拟器：QEMU（用于运行32位内核）

调试工具：GDB（断点调试）

开发工具：Make、gcc、tar、xz等基础编译工具

实验过程

1. 内核编译

从源码仓库下载内核源码（例如5.0.1版本）：

xz -d linux-5.0.1.tar.xztar -xvf linux-5.0.1.tarcd linux-5.0.1

安装编译所需依赖工具：

sudo apt install build-essential flex bison libssl-dev libelf-dev libncurses-dev

如果出现依赖错误，逐一安装缺失的工具，如：

sudo apt install libssl-dev

生成32位内核配置并编译：

make i386_defconfigmake menuconfig

在“Kernel hacking”选项中启用调试信息选项。

编译完成后，进入内核目录并生成镜像文件：

make -j4

2. 制作镜像文件

创建rootfs文件系统：

mkdir rootfs

克隆并编译用户空间程序：

git clone https://.../menu.ccd menugcc -m32 -o init linktable.c menu.c test.c -staticcd ../rootfs

生成镜像文件：

find . | cpio -o -H newc | gzip -9 > rootfs.img

3. 虚拟机加载内核

安装并配置QEMU：

sudo apt install qemusudo ln -s /usr/bin/qemu-system-i386 /usr/bin/qemu

启动内核并测试：

qemu -kernel linux-5.0.1/arch/x86/boot/bzImage

4. 构造MenuOS

克隆并编译用户空间程序：

git clone https://.../menu.ccd menugcc -m32 -o init linktable.c menu.c test.c -staticcd ../rootfs

生成镜像文件并启动：

find . | cpio -o -H newc | gzip -9 > rootfs.imgqemu arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img

测试用例

本次实验以172号系统调用（prctl()）为测试目标，编写一个用户空间程序：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      void* tmain(void* arg) {    char name[32];    prctl(PR_SET_NAME, (unsigned long)"xx");    prctl(PR_GET_NAME, (unsigned long)name);    printf("%s\n", name);}int main(void) {    pthread_t tid;    pthread_create(&tid, NULL, tmain, NULL);    pthread_join(&tid, NULL);    return 0;}

实验总结

在本次实验中，重点分析了系统调用机制。通过调试发现，用户程序调用系统调用时，CPU切换至内核态，内核通过int 0x80触发中断处理，根据中断门号找到对应的内核函数执行。实验过程中，通过GDB设置断点，观察了系统调用过程中的寄存器状态变化，进一步理解了系统调用的工作机制。

通过本次实验，掌握了如何在QEMU环境下调试内核，并深入理解了系统调用与中断处理的关系。

转载地址：http://rokfk.baihongyu.com/

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