目录
1.准备工作
2.触发系统调用
2.1依据&分析
2.2构造代码
2.3触发系统调用
3.分析系统调用
3.1中断处理分析（保存现场）
3.2内核堆栈pt_regs（保存现场）
3.3中断处理分析（恢复现场 ）
3.4总结
（1）首先环境配置 安装arm64环境：(配置环境真的很痛苦我找了好几篇配环境教程，光配环境就配了大约一天）
放上我正确配置的一篇教程做个记录吧/(ㄒoㄒ)/~~：参考
按照这篇知乎上的教程，安装完环境，其中继续使用之前的linux5.4.34内核，其余基本一致。这里记录下安装过程中出现的问题：
①
cp -r ../busybox-1.33.1/_install root这里我出现了无法复制console那个文件（其他都复制过去了,可能console用了sudo命令创建的），于是直接在linux-5.4.34/root/dev文件夹下重新：
sudo mknod console c 5 1测试一下，成功了：
（2）复习ppt：
在ARM64系统环境下是通过X8寄存器传递系统调用号，在基于华为鲲鹏处理器的openEuler操作系统云主机环境下分析静态编译反汇编代码可以发现C库函数time内部封装的是gettimeofday系统调用，系统调用号为0xa9（169），通过查阅Linux内核源代码中的include\uapi\asm-generic\unistd.h可以找到169号gettimeofday系统调用对应的内核处理函数为sys_gettimeofday。
打开/include/uapi/asm-generic/unistd.h，找169号果然找到了gettimeofday系统调用且对应的内核处理函数是sys_gettimeofday：
接下来开始分析这个系统调用。
（系统调用可以理解为一种特殊的函数调用，
但系统调用没法压栈，因为他有两个栈：不知道压在用户态还是内核态？所以它是通过寄存器来传参，这样又比压栈传参性能好，因为压栈要访问内存，和寄存器的访问速度相比来说慢了些。）
fork的系统调用之前可以直接用start_kernel跟踪，可以写一个fork的程序触发跟踪，而time这里老师上课说过：time系统调用需要写一个用户态触发系统调用的程序去跟踪到内核。
其中，需要注意的是：
（1）（32位和64位x86中分别使用int $0x80和syscall汇编指令触发系统调用）arm64用svc触发系统调用。
（2）（32位和64位X86都是使用EAX寄存器传递系统调用号）ARM64系统调用的参数传递是采用X0-X5这6个寄存器，系统调用号放在X8寄存器里传递。Linux系统调用最多有6个参数，ARM64函数调用参数可以使用X0-X7这8个寄存器。
这里回忆一下内嵌汇编的格式（可以看第二章的ppt中好几个例子）
在标准库sys/time.h文件中定义了gettimeofday的函数原型如下：
#include<sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval*tv, struct timezone *tz );gettimeofday函数会把时间包装为timeval和timezone结构体返回，timeval中包括秒和微妙值，timezone中包括时区等信息。gettimeofday系统调用比time系统调用提供的时间信息更多也更精确，timeval结构体中的tv_sec是与time系统调用的返回值是相同的，我们这里只需要使用tv_sec的值。
结合老师的ppt上的代码及解释：
“我们这里分别使用了gettimeofday库函数（对应后面代码#if 0 处）和内联ARM64汇编代码（#if 0 不执行会执行#else ）的方式触发系统调用了。”
首先需要用到标准库:#include<sys/time.h>（以及localtime的依赖<time.h> )，而动态链接库找不到time的系统调用，只能找到函数；所以需要静态编译（所以后面编译命令要加-static），这样函数标准库里的函数也会放在里面，于是这就需要用到了预编译指令：新建test.c代码：
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
int main()
{
time_t tt;
struct timeval tv;
struct tm *t;
#if 0
gettimeofday(&tv,NULL);
#else
asm volatile(
"add x0, x29, 16\n\t" //X0寄存器用于传递参数&tv
"mov x1, #0x0\n\t" //X1寄存器用于传递参数NULL
"mov x8, #0xa9\n\t" //使用X8传递系统调用号169
"svc #0x0\n\t" //触发系统调用
);
#endif
tt = tv.tv_sec; //tv是保存获取时间结果的结构体
t = localtime(&tt); //将世纪秒转换成对应的年月日时分秒
printf("time: %d/%d/%d %d:%d:%d\n",
t->tm_year + 1900,
t->tm_mon,
t->tm_mday,
t->tm_hour,
t->tm_min,
t->tm_sec);
return 0;
}显然#if #endif是预编译指令，老师给出的代码应该是在#if 0 xxx... #else xxx... 和 #if 1 xxx... #else xxx...中切换来分别使用内联汇编代码以及库函数方式来触发系统调用的。这个用法下图解释得很清楚：
而注释得也差不多很清楚了(只是这条"add x0, x29, 16\n\t"传递参数&tv的指令课上就没听懂= = 老师说x29是基址寄存器，基址寄存器加上偏移就是？我之前搜x29理解的是栈底指针，arm64指令字长是4字节，那它+16是往高地址去四个位置啊，咋回事....我之前理解的肯定不对，以后懂了再说吧)
asm volatile(
"add x0, x29, 16\n\t" //X0寄存器用于传递参数&tv
"mov x1, #0x0\n\t" //X1寄存器用于传递参数NULL
"mov x8, #0xa9\n\t" //使用X8传递系统调用号169
"svc #0x0\n\t" //触发系统调用
);把test.c进行交叉编译：
aarch64-linux-gnu-gcc -o test test.c -static 
然后把test复制到根文件系统中：
重新编译下：（比较麻烦不如上一个实验老师的ppt中的教程直接打包成镜像文件）
make ARCH=arm64 Image -j8 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-很好，接下来启动虚拟机，打断点，就可以跟踪系统调用了：
？？？咋回事？？？没这个函数？？？(╯▔皿▔)╯
。。。。。试了下start_kernel能正常断点啊。。。。
（然后我在各种找错，各种怀疑，怀疑是内核编译的问题，怀疑qemu版本问题，甚至我怀疑我的ubuntu版本问题，最后怀疑我没有配置成功arm64那些教程都是错的但我也不知道咋配了。。。。因为直接百度也没有相关教程，用了各种控制变量法找错，改来改去改来改去，这里卡了得有两天。。）
最后我觉得我的起点可能就是错误的了。难道在ubuntu里只能用x86？难道我这个系统还是64位x86？于是我试了下64位x86的内核处理函数：
还是不行。
直到我重新做了下qemu启动64位x86中试了下给他的time系统调用对应的内核处理函数打断点，居然可以成功？
那说明我的arm64环境大概率没问题啊，那就是系统调用的问题。顺着64位成功断点的位置：
“Breakpoint 1 at 0xffffffff810d6f50: file kernel/time/time.c, line 62.”
我查看了下这个文件：居然是在这里打的，
所以我们的arm64的gettimeofday大概率是在：
感觉关键是这个SYSCALL_DEFINE2，看到这里我突然想到了ppt上面的一些内容：
确实这里很关键！
百度搜到了一篇帖子：syscall SYSCALL_DEFINE*()实现
结合帖子，在vscode中点开SYSCALL_DEFINE2：（在include/linux/syscalls.h中：）
这里果然有：
打开asm/syscall_wrapper.h：（arch/arm64/include/asm/syscall_wrapper.h）
我好像懂了，arm64的time系统调用对应的内核函数其实是__arm64_sys_gettimeofday，而sys_gettimeofday是arm32的，这与前面x86的64位是__x64_sys_time和32位的sys_time好像是差不多的意思。
赶紧试一下：
成功了！！！o(*￣▽￣*)ブ
可以按计划走了，重新启动qemu，因为不用跟踪内核启动过程，不设置-S的停止命令了：
qemu-system-aarch64 -m 512M -smp 4 -cpu cortex-a57 -machine virt -kernel arch/arm64/boot/Image -append "rdinit=/linuxrc nokaslr console=ttyAMA0 loglevel=8" -nographic -s 
启动成功。
然后再开一个窗口，设置好断点：
gdb-multiarch vmlinux
(gdb) target remote:1234
(gdb) b __arm64_sys_gettimeofday接下来输入continue命令，就可以在启动起来的虚拟机里输入命令了：
(gdb) c 
输入./test来运行之前写好的test触发系统调用：
[root@bryant ]# ./test
查看一下此时的堆栈状况：
(gdb)bt
结合ppt回顾下上课讲的内容这里进行分析：
（1）用户态程序执行svc指令，CPU会把当前程序指针寄存器PC放入ELR_EL1寄存器里，把PSTATE放入SPSR_EL1寄存器里，把异常产生的原因（这里是调用了svc指令触发系统调用）放在ESR_EL1寄存器里。这时CPU是知道异常类型和异常向量表的起始地址的，所以可以自动把VBAR_EL1寄存器的值（vectors），和第3组Synchronous的偏移量0x400相加，即vectors + 0x400，得出该异常向量空间的入口地址，然后跳转到那里执行异常向量空间里面的指令。
每个异常向量空间仅有128个字节，最多可以存储32条指令（每条指令4字节），而且异常向量空间最后一条指令是b指令，对于系统调用来说会跳转到el0_sync，这样就从异常向量空间跳转同步异常处理程序的入口。
参考arm64系统调用分析arm64系统调用分析
el0_sync主要分为两部分：
第一部分实现从用户空间到内核空间的上下文切换： kernel_entry 0；
第二部是根据异常症状寄存器esr_el1判断异常原因，然后再进入具体处理函数。
系统调用是用户态执行SVC指令导致的，因此要进入el0_svc处理函数。
用户态发生的中断处理接口为el0_sync（内核态发生的中断处理接口是el1_sync）
查看el0_sync的代码：(arch/arm64/kernel/entry.S)
这里el0_sync首先执行kernel_entry 0，kernel_entry对应的代码（代码有点多...这里放上老师ppt里选出的关键代码：
.macro kernel_entry, el, regsize = 64
...
stp x0, x1, [sp, #16 * 0]
stp x2, x3, [sp, #16 * 1]
...
stp x26, x27, [sp, #16 * 13]
stp x28, x29, [sp, #16 * 14]
...
mrs x21, sp_el0
mrs x22, elr_el1
mrs x23, spsr_el1
stp lr, x21, [sp, #S_LR] // lr is x30
stp x22, x23, [sp, #S_PC]
...
.endm
首先将通用寄存器x0~x29保存到当前进程的内核栈，然后是从SP_EL0、SPSR_EL1、ELR_EL1寄存器中读取用户栈栈顶地址、发生异常时的处理器状态和返回地址，将这三个值以及发生异常时的LR寄存器中的值都保存到当前进程的内核栈中以struct pt_regs结构体的格式保存在当前进程内核栈的栈底，这样就完成了硬件上下文的save过程。
保存现场的主要工作如上代码所示，是保存x0-x30及sp、pc和pstate，这和struct pt_regs数据结构的起始部分正好一一对应。
pt_regs的结构：
struct pt_regs {
union {
struct user_pt_regs user_regs;
struct {
u64 regs[31];
u64 sp;
u64 pc;
u64 pstate;
};
};
...
};（pt_regs是发生异常时保存的处理器现场，用于异常处理完后来恢复现场）
（2）el0_sync在完成保存现场的工作之后，会根据ESR_EL1寄存器确定同步异常产生的原因，同步异常产生的原因很多，在ARM64 Linux中最常见的原因是svc指令触发了系统调用，所以排在最前面的就是条件判断跳转到el0_svc，el0_svc中主要负责调用C代码的el0_svc_handler处理系统调用和ret_to_user系统调用返回。
svc_handler:
asmlinkage void el0_svc_handler(struct pt_regs *regs)
{
sve_user_discard();
el0_svc_common(regs, regs->regs[8], __NR_syscalls, sys_call_table);
}可以看到svc_handler又执行了svc_common，这里正好与前面我们gdb调试查看堆栈对应上了，
以及svc_common:
老师的ppt上做了详细解释：
从invoke_syscall函数中我们可以看到当系统调用号（scno）小于系统调用总个数（sc_nr）时，会找到系统调用号作为下标的syscall_table数组中的函数指针（syscall_fn）。注意这里syscall_table数组就是sys_call_table数组，只是实参和形参传递过程中改了个名字哦。然后通过__invoke_syscall函数执行该系统调用内核处理函数，即将__invoke_syscall函数的两个参数regs和syscall_fn变为调用syscall_fn(regs)，regs中存储着系统调用参数（regs->regs[0-5]）和系统调用号（regs->regs[8]），从而执行该系统调用内核处理函数。最后将系统系统调用内核处理函数的返回值保存到内核堆栈里保存x0的位置，以便将返回值在恢复现场系统调用返回时可以传递到用户态x0寄存器。
ret_to_user：
从系统调用返回前会处理一些工作（work_pending），比如处理信号、判断是否需要进程调度等，ret_to_user的最后是kernel_exit 0负责恢复现场，与保存现场kernel_entry 0相对应，kernel_exit 0的最后会执行eret指令系统调用返回。eret指令所做的工作与svc指令相对应，eret指令会将ELR_EL1寄存器里值恢复到程序指针寄存器PC中，把SPSR_EL1寄存器里的值恢复到PSTATE处理器状态中，同时会从内核态转换到用户态，在用户态堆栈栈顶指针sp代表的是sp_el0寄存器。
通过此次实验理解了arm64用户态执行系统调用切换到内核态的总体过程，更好地复习了下上课的知识，受益匪浅。