第五章 系统调用

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系统调用

内核提供给用户进程与内核交互的接口

1. 与内核通信

系统调用是用户空间进程与硬件设备间的中间人，它为用户空间提供了硬件的抽象接口；保证系统的稳定和安全；帮助实现多任务和虚拟内存。在Linux中，系统调用是用户空间访问内核的唯一手段(除了异常和trap)

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2. 系统调用

系统调用syscall，通常通过C库中定义的函数调用进行

函数getpid()的一个实现:

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SYSCALL_DEFINE0(getpid)
{
    return task_tgid_vnr(current); // return current->tgid
}
//宏展开为：
asmlinkage long sys_getpid(void)

编译指令asmlinkage限定词在定义系统调用时使用。

系统调用号
在Linux中，每个系统调用都有一个系统调用号，通过这个号就可以联系系统调用，进程实际上用这个号来指明执行哪个系统调用。

内核会记录一张sys_call_table。

用户空间程序无法直接执行内核代码，因此需要一种方式通知系统，自己需要执行一个系统调用，这种机制靠软中断实现：通过引发一个异常促使系统切换到内核态去执行异常处理程序，此时的异常处理程序实际上就是系统调用处理程序。

3. 系统调用的实现

  • 实现系统调用：明确用途，系统调用的语义和行为，考虑兼容和未来。”Provide mechanism, not policy”
  • 参数验证：系统调用必须仔细检查参数的合法和有效，最重要的检查就是指针：
    • 指针指向的内存区域属于用户空间
    • 指针指向的内存区域在进程的地址空间
    • 进程不能绕过内存访问限制，必须要有相关的rwx权限

绑定一个系统调用的步骤：

  • 1.在系统调用表最后加上一个表项
  • 2.在中定义系统调用号
  • 3.系统调用必须编译进内核(不能是编译成模块)，这需要把它放进kernel/下的一个相关文件中。

在用户空间访问系统调用：
Linux提供一组宏，用于直接访问系统调用，他们会设置好寄存器并调用陷入指令，这些宏是_syscalln()，其中n的范围是0-6。

x86可以用 INT 0x80执行系统调用，这就是一个中断

Linux System Calls
Linux System Call Table