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来自 67677新澳门手机版 2019-06-23 02:39 的文章
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详解linux系统调用原理,Linux系统调用原理

操作系统通过系统调用为运行于其上的进程提供服务。

操作系统通过系统调用为运行于其上的进程提供服务。

当用户态进程发起一个系统调用, CPU 将切换到 内核态 并开始执行一个 内核函数 。 内核函数负责响应应用程序的要求,例如操作文件、进行网络通讯或者申请内存资源等。

当用户态进程发起一个系统调用, CPU 将切换到 内核态 并开始执行一个 内核函数 。 内核函数负责响应应用程序的要求,例如操作文件、进行网络通讯或者申请内存资源等。

原文地址:https://learn-linux.readthedocs.io
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举一个最简单的例子,应用进程需要输出一行文字,需要调用 write 这个系统调用:

举一个最简单的例子,应用进程需要输出一行文字,需要调用 write 这个系统调用:

hello_world.c

#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *msg = "Hello, world!n";
    write(1, msg, strlen(msg));

    return 0;
}
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
 char *msg = "Hello, world!n";
 write(1, msg, strlen(msg));

 return 0;
}

注解

读者可能会有些疑问——输出文本不是用 printf 等函数吗?

确实是。 printf 是更高层次的库函数,建立在系统调用之上,实现数据格式化等功能。 因此,本质上还是系统调用起决定性作用。

注解

调用流程

那么,在应用程序内,调用一个系统调用的流程是怎样的呢?

我们以一个假设的系统调用 xyz 为例,介绍一次系统调用的所有环节。

图片 1

如上图,系统调用执行的流程如下:

  1. 应用程序 代码调用系统调用( xyz ),该函数是一个包装系统调用的 库函数 ;
  2. 库函数 ( xyz )负责准备向内核传递的参数,并触发 软中断 以切换到内核;
  3. CPU 被 软中断 打断后,执行 中断处理函数 ,即 系统调用处理函数 ( system_call);
  4. 系统调用处理函数 调用 系统调用服务例程 ( sys_xyz ),真正开始处理该系统调用;

读者可能会有些疑问——输出文本不是用 printf 等函数吗?

执行态切换

应用程序 ( application program )与 库函数 ( libc )之间, 系统调用处理函数 ( system call handler )与 系统调用服务例程 ( system call service routine )之间, 均是普通函数调用,应该不难理解。 而 库函数 与 系统调用处理函数 之间,由于涉及用户态与内核态的切换,要复杂一些。

Linux 通过 软中断 实现从 用户态 到 内核态 的切换。 用户态 与 内核态 是独立的执行流,因此在切换时,需要准备 执行栈 并保存 寄存器 。

内核实现了很多不同的系统调用(提供不同功能),而 系统调用处理函数 只有一个。 因此,用户进程必须传递一个参数用于区分,这便是 系统调用号 ( system call number )。 在 Linux 中, 系统调用号 一般通过 eax 寄存器 来传递。

总结起来, 执行态切换 过程如下:

  1. 应用程序 在 用户态 准备好调用参数,执行 int 指令触发 软中断 ,中断号为 0x80 ;
  2. CPU 被软中断打断后,执行对应的 中断处理函数 ,这时便已进入 内核态 ;
  3. 系统调用处理函数 准备 内核执行栈 ,并保存所有 寄存器 (一般用汇编语言实现);
  4. 系统调用处理函数 根据 系统调用号 调用对应的 C 函数—— 系统调用服务例程 ;
  5. 系统调用处理函数 准备 返回值 并从 内核栈 中恢复 寄存器 ;
  6. 系统调用处理函数 执行 ret 指令切换回 用户态 ;

确实是。 printf 是更高层次的库函数,建立在系统调用之上,实现数据格式化等功能。 因此,本质上还是系统调用起决定性作用。

编程实践

下面,通过一个简单的程序,看看应用程序如何在 用户态 准备参数并通过 int 指令触发 软中断 以陷入 内核态 执行 系统调用 :

.section .rodata

msg:
    .ascii "Hello, world!n"

.section .text

.global _start

_start:
    # call SYS_WRITE
    movl $4, 

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