系统调用

 

系统调用是受控的内核入口；

 

系统调用将处理器从用户态切换到核心态，以便CPU 访问受到保护的内核内存。

系统调用的组成是固定的，每个系统调用都由一个唯一的数字来标识。（程序通过名
称来标识系统调用，对这一编号方案往往一无所知。）

 

每个系统调用可辅之以一套参数，对用户空间（亦即进程的虚拟地址空间）与内核空
间之间（相互）传递的信息加以规范。

 

1. 应用程序通过调用C 语言函数库中的外壳(wrapper) 函数，来发起系统调用。

 

2. 对系统调用中断处理例程（稍后介绍）来说，外壳函数必须保证所有的系统调用参数可用。通过堆栈，这些参数传入外壳函数，但内核却希望将这些参数置入特定寄存器。因此，外壳函数会将上述参数复制到寄存器。

 

3. 由千所有系统调用进入内核的方式相同，内核需要设法区分每个系统调用。为此，外壳函
数会将系统调用编号复制到一个特殊的CPU 寄存器(¾eax) 中。

 

4. 外壳函数执行一条中断机器指令(int Ox80), 引发处理器从用户态切换到核心态，并执行
系统中断Ox80 (十进制数128) 的中断矢噩所指向的代码。

 

5. 为响应中断Ox80, 内核会调用system_callO例程（位千汇编文件arch/i386/entry.S 中）来
处理这次中断，具体如下。
a) 在内核栈中保存寄存器值（参见6.5 节）。
b) 审核系统调用编号的有效性。
c) 以系统调用编号对存放所有调用服务例程的列表（内核变量sys_call_table) 进行索引，
发现并调用相应的系统调用服务例程。若系统调用服务例程带有参数，那么将首先检
查参数的有效性。例如，会检查地址指向用户空间的内存位置是否有效。随后，该服
务例程会执行必要的任务，这可能涉及对特定参数中指定地址处的值进行修改，以及
在用户内存和内核内存间传递数据（比如，在1/0 操作中）。最后，该服务例程会将结
果状态返回给system_callO例程。
d) 从内核栈中恢复各寄存器值，并将系统调用返回值置千栈中。
e) 返回至外壳函数，同时将处理器切换回用户态。

 

6. 若系统调用服务例程的返回值表明调用有误，外壳函数会使用该值来设凳全局变蜇errno
（参见3.4 节）。然后，外壳函数会返回到调用程序，并同时返回一个整型值，以表明系统
调用是否成功。

 

从C 语言编程的角度来看，调用C 语言函数库的外壳(wrapper) 函数等同千调用
相应的系统调用服务例程，在本书后续内容中，“调用系统调用xyzO" 这类说法就意味着“调
用外壳函数，由外壳函数去调用系统调用xyzO" 。

 

系统调用执行步骤：

 

系统调用允许进程向内核请求服务。与用户空间的函数调用相比，哪怕是最简单的系统调用都会产生显著的开销，其原因是为了执行系统调用；系统需要临时性地切换到核心态，此外，内核还需验证系统调用的参数、用户内存和内核内存之间也有数据需要传递。

标准的C 语言函数库提供了大量库函数，功能五花八门。有些库函数会利用系统调用来
完成工作，而另一些库函数则完全在用户空间内执行任务。在Linux 上， 一般情况下，使用glibc
作为C 语言标准库的实现。
大多数系统调用和库函数都会返回一个状态值，以表明调用成功与否。对这一返回状态
进行检查是一条编程铁律。
为本书的程序示例还实现有一批函数。其所执行的任务包括诊断错误和解析命令行参数。
本章也提供了一系列指南及技术，以帮助读者编写可移植的系统程序，此类程序可在任
何符合标准的系统上运行。

 

参考书籍：linux/unix系统编程手册