第10章 linux系统调用接口VIP免费

第10章系统调用接口系统调用接口的功能内核为用户与硬件设备(例如：CPU，磁盘，打印机等)交互提供了一个接口。该接口被称为系统调用接口。它的功能是：使用户编程更加容易，把用户从学习硬件设备的低级编程特性中解放出来。可以极大提高系统的安全性，因为内核接收用户请求之前，可以检查其合法性。使用系统调用接口使得程序具有良好的可移植性。10.1API和系统调用UNIX操作系统为编程员提供了应用编程接口(API)。在API提供的libc标准函数库中，一部分是用户态的库函数，另一部分是系统调用。库函数和系统调用的区别是：库函数是一个函数定义，说明如何获得一个给定的服务，库函数代码不属于内核。系统调用是通过软件中断(int指令)向内核发出的一个明确服务请求，提供服务的代码属于内核代码。为了区别库函数和系统调用，libc标准C库中，每个系统调用都有一个封装例程(wrapperroutine)。应用程序通过这个封装例程来引用API函数库中的系统调用。用户执行一个系统调用时，内核通过(int0x80)软件中断或调用门从用户空间进入内核空间，这就是所谓的模式转换。CPU切换到内核态开始执行与系统调用相对应内核函数。执行结束后内核将执行结果和控制权还给用户进程。图10-6给出调用系统调用的示意图。调用一个系统调用示意图┇printf()┇在应用程序中调用系统调用printf(){┇int0x80┇}在libc库中的封装例程用户态system_call:┇sys_printf()┇ret_from_sys_calliretsys_printf(){┇}内核态系统调用处理机制系统调用服务例程图10-6系统调用示意图10.2模式转换的硬件处理在i386中，完成系统调用接口模式转换的硬件是陷阱门和调用门，软件是int0x80指令或调用指令下面分析陷阱门技术。注：调用门技术请读者见教材P227（因为通常情况下，在Linux内核没有使用调用门）这里不做介绍。10.2.1陷阱门模式转换系统调用属于软件中断。i386保护模式下的软件中断使用陷阱门描述符。使用陷阱门执行软件中断，不会影响硬件中断请求。Linux为系统调用设置的陷阱门向量号是128，即16进制的“80H”。i386使用的陷阱(trap)指令是int$0x80。图10-1给出陷阱门进行模式转换的示意图。系统调用的服务例程system_call()处理程序中断描述符表┇offsetdpl01111selectoroffsetGATE0baseaddrlimitdplbseaddrbaseaddrlimitIDT的基址限长selectorbaseaddrlimit中断描述符寄存器IDTRCS(代码段寄存器)代码段描述符高速缓存system_call()起始地址物理存储器一个门描述符占8B。在GDT或LDT中的代码段描述符。陷阱门80H图10-1陷阱门模式转换图10.3系统调用接口i386保护模式下，系统调用接口由软件和硬件共同协作完成。下面讲解系统调用处理程序system_call的工作原理。10.3.1初始化系统调用系统启动内核初始化期间调用trap_init函数建立IDT表中向量号为128对应的表项(8个字节的陷阱门描述符)。代码如下：set_system_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call);#defineSYSCALL_VECTOR0x80上面两行代码等效于下面的语句：set_system_gate(0x80,&system_call);set_system_gate()初始化80H开始的8个字节的陷阱门描述符。步骤如下：1.将内核代码段选择符__KERNEL_CS装入80H陷阱门的2、3两个字节。2.将system_call()可执行代码的第一条指令偏移量装入80H陷阱门的0、1、6和7共4个字节中。3.将15添入80H陷阱门类型号字段，说明这是一个陷阱门。4.将门描述符DPL字段设置为3，允许用户进程调用system_call()程序。10.3.2系统调用执行流程在封装例程中含有int$0x80汇编指令代码int$0x80使该调用进入内核：system_call()该系统调用被执行，并返回执行结果该系统调用由标准C库的封装例程（宏）来引导用户发出一个系统调用的请求由system_call找到指定的系统调用函数图10-4系统调用的执行流程10.3.3封装例程system_call()是系统调用入口点。系统调用主要供用户编程使用，但也可以被内核态线程调用。为了简化系统调用的调用过程，Linux提供的封装例程是一组预处理宏。共定义了6个宏：从_syscall0到_syscall5#define_syscallN(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,...)\typename(...