start_printf_5_Xsyscall_syscall_sys_write

スタート低レイヤー５ #start_printf

@takarakasai

今回やるところ
対象はNetBSD 6.0.1 だよ！

←ここやります！

前回のおさらい
@kusabanachiさん http://www.slideshare.net/kusabanachi/net-bsd-i386idt

前回のおさらい
@kusabanachiさん http://www.slideshare.net/kusabanachi/net-bsd-i386idt

IDTを設定すればかつる！
↓
IDTR設定してるとこ探そう！

おさらい


sys/arch/i386/i386/locore.S

255～

start: movw $0x1234,0x472 # warm boot
…
call _C_LABEL(init386) # wire 386 chip for unix operation
…
call _C_LABEL(main)



sys/arch/i386/i386/machdep.c 1312～

vaddr_t idt_vaddr;
paddr_t idt_paddr;
main() に入る前に、idt をメモリに配置＆初期化
…
void
init386(paddr_t first_avail)
{
…
pmap_kenter_pa(idt_vaddr, idt_paddr, VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE, 0);
pmap_update(pmap_kernel());
memset((void *)idt_vaddr, 0, PAGE_SIZE);
…
idt = (struct gate_descriptor *)idt_vaddr;
…
/* new-style interrupt gate for syscalls */
idt_vec_reserve(128);
＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜ 128 = 0x80 !!!!
setgate(&idt[128], &IDTVEC(syscall), 0, SDT_SYS386IGT, SEL_UPL,
GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
…
cpu_init_idt();
…

今回やるところその１（Xsyscall)

Xsyscall


sys/arch/i386/i386/locore.S

255～

start: movw $0x1234,0x472 # warm boot
…
call _C_LABEL(init386) # wire 386 chip for unix operation
…
call _C_LABEL(main)




vaddr_t idt_vaddr;
paddr_t idt_paddr;
main() に入る前に、idt をメモリに配置＆初期化
…
void
init386(paddr_t first_avail)
{
…
…
…
/* new-style interrupt gate for syscalls */
idt_vec_reserve(128);
＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜＜ 128 = 0x80 !!!!
setgate(&idt[128], &IDTVEC(syscall), 0, SDT_SYS386IGT, SEL_UPL,
GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL));
このマクロ展開するとXsyscall
…
cpu_init_idt();
IDT経由で飛んで行っているはず
…

Xsyscall


grepしてもXsyscall がヒットしないので
オブジェクトから該当するシンボルを探します.

~/netbsd/src$ find ./ | grep ¥¥.o$ | xargs -n1 -i nm {} -A | grep T¥ Xsyscall
./sys/arch/i386/compile/GENERIC/locore.o:00000500 T Xsyscall



sys/arch/i386/i386/locore.S 1136～

IDTVEC(syscall)
// Xsyscall
pushl $2 # size of instruction for restart
syscall1:
pushl $T_ASTFLT # trap # for doing ASTs
INTRENTRY
STI(%eax)
// sti 命令, 割り込み enable
...
addl $1,CPUVAR(NSYSCALL) # count it atomically
adcl $0,CPUVAR(NSYSCALL)+4 # count it atomically
movl CPUVAR(CURLWP),%edi
movl L_PROC(%edi),%edx
movl %esp,L_MD_REGS(%edi) # save pointer to frame
pushl %esp
call *P_MD_SYSCALL(%edx) # get pointer to syscall() function <<< syscall??
addl $4,%esp
.Lsyscall_checkast:
/* Check for ASTs on exit to user mode. */
CLI(%eax)
// cli 命令, 割り込み disable
…

Xsyscall P_MD_SYSCALL(%edx) ?


sys/arch/i386/include/asm.h

#define CPUVAR(off) %fs:__CONCAT(CPU_INFO_,off)



sys/arch/i386/i386/genassym.cf:290

define



offsetof(struct cpu_info, ci_curlwp)


define



CPU_INFO_CURLWP

L_PROC

offsetof(struct lwp, l_proc)


define P_MD_SYSCALL

offsetof(struct proc, p_md.md_syscall)

…
…

((struct cpuinfo*)%fs)->ci_curlwp->l_proc->p_md.md_syscall()
FSって何ぞ？

Xsyscall おさらい


セグメントセレクタとDT

セグメント・セレクタ（今回のケースではFS)で指定するのは
ディスクリプタ・テーブル（GDTやLDT)のインデックス。
これとオフセットからリニアアドレスが算出される。

Xsyscall



Any machine-dependent fields
parent process
Current owner of the processor

セグメントセレクタ(FS)の指すベースアドレスにcpuinfo構造体が存在し、
そのメンバから、関数ポインタ変数md_syscall()をたどっています。
このcpu_info構造体には何が入っているのでしょうか？

FS register
FSに値を格納しているところを探します



IDTVEC(syscall)
// Xsyscall
syscall1:
INTRENTRY
STI(%eax)
...
pushl %esp
addl $4,%esp
.Lsyscall_checkast:
CLI(%eax)
…

FS register



IDTVEC(syscall)
// Xsyscall
syscall1:
INTRENTRY <<<<<<
STI(%eax)
...
pushl %esp
addl $4,%esp
.Lsyscall_checkast:
CLI(%eax)
…

INTRENTRYが怪しいですね

FS register
INTRENTRYの中身を追っています


sys/arch/i386/include/frameasm.h 67～

/*
* These are used on interrupt or trap entry or exit.
*/
#define INTRENTRY ¥
subl $TF_PUSHSIZE,%esp ; ¥ offsetof(struct trapframe, tf_trapno) "sys/arch/i386/i386/genassym.cf"
movw %gs,TF_GS(%esp) ; ¥ offsetof(struct trapframe, tf_gs)
movw %fs,TF_FS(%esp) ; ¥
以下略
movl %eax,TF_EAX(%esp) ; ¥
movw %es,TF_ES(%esp) ; ¥
movw %ds,TF_DS(%esp) ; ¥
…
movl $GSEL(GCPU_SEL, SEL_KPL),%eax; ¥
movl %ecx,TF_ECX(%esp) ; ¥
movl %eax,%fs ; ¥
cld ; ¥
TLOG

各種レジスタの値をスタックに退避するマクロ関数？のようです。
FSにも値を設定しています。

FS register
INTRENTRYの中身を追っています
FSに格納される値を確認しています


sys/arch/i386/include/frameasm.h

movl $GSEL(GCPU_SEL, SEL_KPL),%eax; ¥



sys/arch/i386/include/segments.h

#define
#define
#define

GSEL(s,r) (((s) << 3) | r) /* a global selector */
GCPU_SEL
6
/* per-CPU segment */
SEL_KPL
0
/* kernel privilege level */

これは前回にも出てきましたね

FS（セグメント・レジスタ）に設定しているのは
・GDT(グローバル・ディスクリプタ・テーブル）
・インデックス6
・カーネル権限レベル
であることがわかります。

Initialization of GDT
gdtのGCPU_SELが指す先を探します


sys/arch/i386/i386/machdep.c 1063

union descriptor *gdt, *ldt;

ありました, これはどこで初期化されているのでしょうか？


sys/arch/i386/i386/locore.S 723

From start （※initgdt()はinit386()の前に呼ばれます）
call _C_LABEL(initgdt)




From cpu_startup() from main()
gdt_init();

ここが怪しそうです。両者を追ってみます。












gdt_init();

まずは initgdt を追いかけます

call _C_LABEL(initgdt) 周辺を見てみます



begin:
…
/* Set up bootstrap stack. */
leal (PROC0_STK_OFF+KERNBASE)(%esi),%eax
movl %eax,_C_LABEL(lwp0uarea)
leal (KSTACK_SIZE-FRAMESIZE)(%eax),%esp
…
subl $NGDT*8, %esp # space for temporary gdt

// 0x00001000UL + 0xc0000000 + %esi
// Frame Size = 引数

// temporary????

pushl %esp
…
call _C_LABEL(init386) # wire 386 chip for unix operation // 前回でてきたinit386
PROC0_STK_OFF+KERNBASE
= (PROC0_PDIR_OFF + PDP_SIZE * PAGE_SIZE) + 0xc0000000UL
= 0 + 1* 4096 (!PAE) + 0xc0000000UL
= 0xc0001000UL

call _C_LABEL(initgdt) 周辺を見てみます



begin:
…
/* Set up bootstrap stack. */
leal (PROC0_STK_OFF+KERNBASE)(%esi),%eax
movl %eax,_C_LABEL(lwp0uarea)
leal (KSTACK_SIZE-FRAMESIZE)(%eax),%esp
…
subl $NGDT*8, %esp # space for temporary gdt

// 0x00001000UL + 0xc0000000 + %esi
// Frame Size = 引数

// temporary????

pushl %esp
…
0xC0000000
call _C_LABEL(init386) # wire 386 chip for unix operation // 前回でてきたinit386
esi + KERNBASE

esi
PROC0_STK_OFF
(4096)

PROC0_STK_OFF+KERNBASE
KSTACK_SIZE
= (PROC0_PDIR_OFF + PDP_SIZE * PAGE_SIZE) + 0xc0000000UL
= 0 + 1* 4096 (!PAE) + 0xc0000000UL
esp
FRAME_SIZE
= 0xc0001000UL
0xFFFFFFFF

この時のメモリマップはこんな感じになるはず。
esiにはカーネルベースアドレスからの何らかのオフセット値が入っているはず！

initgdt 前に esi が設定されている箇所を見ています



2:
/* Find end of kernel image. */
movl $RELOC(end),%edi
…
/* Skip over any modules/blobs. */
movl RELOC(eblob),%eax
testl %eax,%eax
jz 1f
subl $KERNBASE,%eax
movl %eax,%edi
1:
/* Compute sizes */
movl %edi,%esi
addl $PGOFSET,%esi # page align up
andl $~PGOFSET,%esi



// ((eblob) – KERNBASE) eblob にはブートローダから受け
// とったパラメータが入っているアドレスの末尾が入る
// パラメータ分スキップする

// (%esi + 0x00000FFF) & 0xFFFFF000 // 切り上げ


RELOC(x)  _RELOC(_C_LABEL(x))  (( x )– KERNBASE ) // カーネルベースアドレス相対位置

initgdt 前に esi が設定されている箇所を見ています



2:
/* Find end of kernel image. */
movl $RELOC(end),%edi
…
/* Skip over any modules/blobs. */
movl RELOC(eblob),%eax
testl %eax,%eax
jz 1f
subl $KERNBASE,%eax
movl %eax,%edi
1:
/* Compute sizes */
movl %edi,%esi
addl $PGOFSET,%esi # page align up
andl $~PGOFSET,%esi

// ((eblob) – KERNBASE) eblob にはブートローダから受け
// とったパラメータが入っているアドレスの末尾が入る
// パラメータ分スキップする

0xC0000000
&eblob

esi (アライメント済み)

// (%esi + 0x00000FFF) +& 0xFFFFF000 // 切り上げ
esi KERNBASE

PROC0_STK_OFF
(4096)
KSTACK_SIZE




esp

FRAME_SIZE

RELOC(x)  _RELOC(_C_LABEL(x))  (( x )– KERNBASE ) //0xFFFFFFFF
カーネルベースアドレス相対位置

今度はinitgdtの中を見ます



void initgdt(union descriptor *tgdt) {
struct region_descriptor region;
gdt = tgdt;
memset(gdt, 0, NGDT*sizeof(*gdt));
// gdt領域の初期化(前述のtemporary領域)
/* make gdt gates and memory segments */
setsegment(&gdt[GCODE_SEL].sd, 0, 0xfffff, SDT_MEMERA, SEL_KPL, 1, 1);
setsegment(&gdt[GDATA_SEL].sd, 0, 0xfffff, SDT_MEMRWA, SEL_KPL, 1, 1);
setsegment(&gdt[GUCODE_SEL].sd, 0, x86_btop(I386_MAX_EXE_ADDR) - 1,
SDT_MEMERA, SEL_UPL, 1, 1);
setsegment(&gdt[GUCODEBIG_SEL].sd, 0, 0xfffff,
SDT_MEMERA, SEL_UPL, 1, 1);
setsegment(&gdt[GUDATA_SEL].sd, 0, 0xfffff,
SDT_MEMRWA, SEL_UPL, 1, 1);
setsegment(&gdt[GCPU_SEL].sd, &cpu_info_primary, 0xfffff, // gdtのGCPU_SEL部分にcpu_infoを登録
SDT_MEMRWA, SEL_KPL, 1, 1);
setregion(&region, gdt, NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1);
lgdt(&region);

// lgdt命令を実行し、GDTRに登録

}

GDT用テンポラリ領域を初期化し、
値を設定してlgdt命令を呼び出しているのがわかります












gdt_init();

こんどは gdt_init() を追いかけます

まず init386() を見ます



vaddr_t idt_vaddr;
paddr_t idt_paddr;
…
void init386(paddr_t first_avail) {
…
idt_init();
pmap_kenter_pa(pentium_idt_vaddr, idt_paddr, VM_PROT_READ, 0);
pentium_idt = (union descriptor *)pentium_idt_vaddr;
tgdt = gdt;
gdt = (union descriptor *)
((char *)idt + NIDT * sizeof (struct gate_descriptor));
ldt = gdt + NGDT;
memcpy(gdt, tgdt, NGDT*sizeof(*gdt));
…

前回見たコード
pmapを利用して
IDTを再配置不可で
メモリ領域に配置。
配置後に書き込み不可
にしている。

// gdt に idt 領域に続く仮想アドレスを設定

// 前述のテンポラリ領域から設定値をコピー

GDT用テンポラリ領域から別の領域(idt領域の後ろ)にコピーしているのがわかります

gdt_init() を追います


sys/arch/i386/i386/gdt.c 110～

void gdt_init(void){
…
/* Do machine-dependent initialization. */
cpu_startup();
…
}




void cpu_startup(void) {
…
gdt_init();
i386_proc0_tss_ldt_init();

<<< GDT(Global Descriptor Table)の初期化

cpu_init_tss(&cpu_info_primary);
ltr(cpu_info_primary.ci_tss_sel);

x86_startup();
…
}

main()から呼ばれるcpu_startup()で gdt_init() が呼ばれているのがわかります




void gdt_init(void) {
…
struct cpu_info *ci = &cpu_info_primary;
…
old_gdt = gdt;
gdt = (union descriptor *)uvm_km_alloc(kernel_map, max_len,
0, UVM_KMF_VAONLY);
for (va = (vaddr_t)gdt; va < (vaddr_t)gdt + min_len; va += PAGE_SIZE) {
pg = uvm_pagealloc(NULL, 0, NULL, UVM_PGA_ZERO);
if (pg == NULL) {
panic("gdt_init: no pages");
}
pmap_kenter_pa(va, VM_PAGE_TO_PHYS(pg),
VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE, 0);
}
memcpy(gdt, old_gdt, NGDT * sizeof(gdt[0]));
ci->ci_gdt = gdt;
setsegment(&ci->ci_gdt[GCPU_SEL].sd, ci, 0xfffff,

// PAGE単位

// read&write でマッピング

// 遅延されてるマッピングを更新
// 新規確保領域にコピー

// 新たにインデックスを追加

gdt_init_cpu(ci);
}

ようやくpmapで獲得した（再配置不可な）領域にGDTが設定されました

さらに gdt_init_cpu() を追います



void
gdt_init_cpu(struct cpu_info *ci)
{
#ifndef XEN
struct region_descriptor region;
size_t max_len;
max_len = MAXGDTSIZ * sizeof(gdt[0]);
setregion(&region, ci->ci_gdt, max_len - 1);
lgdt(&region);
｝

lgdt()が呼ばれてGDTRが更新されていることがわかります。












gdt_init();

gdtの初期化をみました。
あらためて、初期価値がどうなっているかを見ていきます。




void gdt_init(void) {
…
struct cpu_info *ci = &cpu_info_primary;
…
old_gdt = gdt;
gdt = (union descriptor *)uvm_km_alloc(kernel_map, max_len,
0, UVM_KMF_VAONLY);
for (va = (vaddr_t)gdt; va < (vaddr_t)gdt + min_len; va += PAGE_SIZE) {
pg = uvm_pagealloc(NULL, 0, NULL, UVM_PGA_ZERO);
if (pg == NULL) {
panic("gdt_init: no pages");
}
pmap_kenter_pa(va, VM_PAGE_TO_PHYS(pg),
VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE, 0);
}
memcpy(gdt, old_gdt, NGDT * sizeof(gdt[0]));
ci->ci_gdt = gdt;
setsegment(&ci->ci_gdt[GCPU_SEL].sd, ci, 0xfffff,
gdt_init_cpu(ci);
}

cpu_info_primaryが実体のようです。

// PAGE単位

// read&write でマッピング

// 遅延されてるマッピングを更新
// 新規確保領域にコピー

cpu_info_primary からmd_syscall()をたどる


ここまででわかったこと

(struct cpuinfo*) %fs == &cpu_info_primary

cpu_info_primary.ci_curlwp->l_proc->p_md.md_syscall()

cpu_info_primaryを探します


sys/arch/x86/x86/cpu.c 151～

struct cpu_info cpu_info_primary __aligned(CACHE_LINE_SIZE) = {
…
.ci_curlwp = &lwp0,
<<<
…
};



sys/kern/kern_lwp.c 269～

struct lwp lwp0 __aligned(MIN_LWP_ALIGNMENT) = {
…
.l_proc = &proc0,
…
};



sys/kern/kern_proc.c 185～

struct proc proc0 = {
…
.p_emul = &emul_netbsd,
…
};

p_md以下は静的には設定されていないようです。
次はp_mdを設定している箇所を探します。

proc0内のp_md.md_syscallの設定値を探します
netbsd/src > grep -rn p_md¥¥.md_syscall sys
…
sys/arch/x86/x86/syscall.c:105:
p->p_md.md_syscall = syscall;
…



sys/arch/x86/x86/syscall.c 101 ～

void
syscall_intern(struct proc *p)
{
p->p_md.md_syscall = syscall;
}



sys/kern/kern_exec.c 186 ～

/* NetBSD emul struct */
struct emul emul_netbsd = {
…
.e_sysent = sysent,
…
.e_syscall_intern = syscall_intern,
…
}

syscall_intern(つまりemul_netbsdのメンバのe_syscall_intern)
が呼ばれると設定されるようです。

proc0内のp_md.md_syscallの設定値を探します


sys/kern/init_main.c 401 ～

void main(void) {
…
/* Create process 0. */
proc0_init();
lwp0_init();
…
}



sys/kern/init_main.c 401 ～

void proc0_init(void) {
…
#ifdef __HAVE_SYSCALL_INTERN
(*p->p_emul->e_syscall_intern)(p);
#endif
…
}

main()から呼ばれるproco-init()でsyscall関数設定されることがわかりました

syscallの呼び出し


sys/arch/i386/include/frameasm.h 67～

/*
* These are used on interrupt or trap entry or exit.
*/
#define INTRENTRY ¥
subl $TF_PUSHSIZE,%esp ; ¥ offsetof(struct trapframe, tf_trapno) "sys/arch/i386/i386/genassym.cf"
…




IDTVEC(syscall)
…
pushl %sp
call *P_MD_SYSCALL(%edx) # get pointer to syscall() function
…

・INTRENTRYでレジスタをスタックに格納し、引数trapframeを作成して
syscall()関数を呼び出しています。

syscallの引数(writeの場合)


sys/arch/i386/include/frame.h 76～

/*
* Exception/Trap Stack Frame
*/
struct trapframe {
uint16_t tf_gs;
uint16_t tf_gs_pad;
uint16_t tf_fs;
uint16_t tf_fs_pad;
uint16_t tf_es;
uint16_t tf_es_pad;
uint16_t tf_ds;
uint16_t tf_ds_pad;
int tf_edi;
int tf_esi;
int tf_ebp;
int tf_ebx;
int tf_edx;
int tf_ecx;
int tf_eax; == 4
int tf_trapno;
/* below portion defined in 386 hardware */
int tf_err;
int tf_eip;
int tf_cs;
int tf_eflags;
/* below used when transitting rings (e.g. user to kernel) */
int tf_esp;
int tf_ss;
/* below used when switching out of VM86 mode */
int tf_vm86_es;
int tf_vm86_ds;
int tf_vm86_fs;
int tf_vm86_gs;
};

syscall
※ write システムコールでは frame.eax == 4


sys/arch/x86/x86/syscall.c 113～

static void syscall(struct trapframe *frame) {
…
register_t args[2 + SYS_MAXSYSARGS];
…
code = X86_TF_RAX(frame) & (SYS_NSYSENT - 1);
callp = p->p_emul->e_sysent + code;
…
f (callp->sy_argsize) {
error = x86_copyargs((char *)frame->tf_esp + sizeof(int), args,
callp->sy_argsize);
if (__predict_false(error != 0))
goto bad;
}
if (!__predict_false(p->p_trace_enabled)
|| __predict_false(callp->sy_flags & SYCALL_INDIRECT)
|| (error = trace_enter(code, args, callp->sy_narg)) == 0) {
rval[0] = 0;
rval[1] = 0;
error = sy_call(callp, l, args, rval);
}
…
if (__predict_true(error == 0)) {
X86_TF_RAX(frame) = rval[0];
X86_TF_RDX(frame) = rval[1];
X86_TF_RFLAGS(frame) &= ~PSL_C; /* carry bit */
} else {
/* エラー処理 */
}
…
}

// trapframeに保存されたeaxの値のうち有効ビットを取得
// ∵ sys/sys/syscall.h:1350:#define SYS_NSYSENT 512

// trapframeに格納された引数をargsに指定個数分コピーする

// 該当する関数を呼び出し

// 返り値処理

e_sysent + 4 の位置の関数をcallp に設定し, sy_call(callp, *, *)を呼び出しています

syscall -> sysent


sys/kern/kern_exec.c 186 ～

/* NetBSD emul struct */
struct emul emul_netbsd = {
…
.e_sysent = sysent,
…
.e_syscall_intern = syscall_intern,
…
}



sys/kern/init_sysent.c 106～

struct sysent sysent[] = {
{ ns(struct sys_syscall_args), SYCALL_INDIRECT,
(sy_call_t *)sys_syscall }, /* 0 = syscall */
{ ns(struct sys_exit_args), 0,
(sy_call_t *)sys_exit }, /* 1 = exit */
{ 0, 0, 0,
(sy_call_t *)sys_fork }, /* 2 = fork */
{ ns(struct sys_read_args), 0,
(sy_call_t *)sys_read }, /* 3 = read */
{ ns(struct sys_write_args), 0,
(sy_call_t *)sys_write }, /* 4 = write */
…
}

e_sysent + 4 の位置は sys_write に対応しています

syscall  sy_call


sys/arch/x86/x86/syscall.c 113～

error = sy_call(callp, l, args, rval);



// 該当する関数を呼び出し

sys/sys/syscallvar.h 54～

static inline int
sy_call(const struct sysent *sy, struct lwp *l, const void *uap,
register_t *rval)
{
int error;
l->l_sysent = sy;
error = (*sy->sy_call)(l, uap, rval);
l->l_sysent = NULL;
return error;
}

前述のcallp が第1引数(sy) なので
sys_write を呼び出していることがわかります。

sys_write


sys/kern/sys_generic.c 301～

int
sys_write(struct lwp *l, const struct sys_write_args *uap, register_t *retval)
{
/* {
syscallarg(int) fd;
syscallarg(const void *) buf;
syscallarg(size_t) nbyte;
} */
file_t *fp;
int fd;
fd = SCARG(uap, fd);

// 第1引数

if ((fp = fd_getfile(fd)) == NULL)

// 第1引数からfile構造体へのポインタを返す,
fileリファレンスカウンタをカウントアップする.

return (EBADF);
if ((fp->f_flag & FWRITE) == 0) {
fd_putfile(fd);
return (EBADF);
}

// 書き出し可能なファイルかチェック
// fileリファレンスカウンタをカウントダウンする.

/* dofilewrite() will unuse the descriptor for us */
return (dofilewrite(fd, fp, SCARG(uap, buf), SCARG(uap, nbyte), // fileリファレンスカウンタをカウントダウン
&fp->f_offset, FOF_UPDATE_OFFSET, retval));
}

ファイルディスクリプタ（第1引数）からファイル構造体を取得し、
dofilewrite()を呼び出していることがわかります

start_printf_5_Xsyscall_syscall_sys_write

Recommended

Recommended

More Related Content

Recently uploaded

Recently uploaded (8)

Featured

Featured (20)

start_printf_5_Xsyscall_syscall_sys_write