中断与系统调用

Posted 2021-03-05 feng9exe

系统调用的概念

　　程序员或系统管理员通常并非直接和系统调用打交道，在实际应用中，程序员调用的的函数，或称为应用程序接口（API），管理员使用的则是更高层次的系统命令。操作系统为每个系统调用在标准C函数库中构造一个具有相同名字的封装函数，由它来屏蔽下层的复杂性，负责把操作系统提供的服务接口----系统调用-----封装成应用程序能够直接调用的函数（库函数）

　　系统调用通过中断机制向内核提交请求，它的功能由内核函数实现，进入内核后不同系统调用找到各自对应的内核函数，这些内核函数就是系统调用的“服务例程”。API实质上是一个函数定义，说明如何获得一个给定服务，如read(),malloc(),free()等。它有可能和系统调用形式上一致，如read()函数就和read()系统调用对应，但未必总是一一对应，往往会出现不同函数的内部用到同一个内核函数，如malloc()，free()内部均利用sys_brk()内核函数来扩大或缩小进程堆；一个函数也可利用几个内核函数组合完成任务，有些函数不需要任何内核函数，它的实现与内核无关。系统命令相对与编程接口有更高的层次，它们是内部引用函数的可执行程序，如常用的系统命令ls,hostname等，而这些命令的实现大多数依靠系统调用。

　　下面以read()为例来了解系统调用的执行流程，当应用程序调用read(fd,buffer,nbytes)函数时，该函数在Linux/GNU提供的标准C库，即libc中，对应的封装函数由下面汇编指令实现：

　　　　　　movel　　$3,%eax

　　　　　　movel　　fd,%ebx

　　　　　　movel　　buffer,%ecx

　　　　　　movel　　nbutes,%edx　　　　　　

 　　　　　int　　$0x80

　　在Linux中规定int　　$0x80指令是系统调用的总入口，若干个寄存器中存放应用程序传递个内核的参数。内核为了区分不同的系统调用，需要给每个都分配唯一的系统调用号，而相对应的内核函数的入口地址都放在系统调用表中。内核在获得系统调用号后根据寄存器EAX中调用号的值跳转到系统调用表相应的内核函数，以完成应用程序请求的服务。

系统调用的执行流程

　　系统调用与普通C语言函数调用最大的区别在于系统调用需要陷入内核态，发生特权级的转换。

　　1.保存现场　　2.跳到内核函数　　3.参数传递　　

　　4.系统调用封装

　　应用程序发出的系统调用是同步事件，虽然它在内核态执行，但却在调用进程的上下文中，所以既可以访问进程地址空间，也可以访问内核空间。system_call()在内核栈上保存硬件上下文，然后使用系统调用号作为系统调用表system_call_table的索引，以确定system_call()应该执行哪个系统调用对应的内核函数。当系统调用执行结束后，system_call()在对应的寄存器EAX中放入返回的int值或错误码，并从内核栈恢复硬件上下文，回到用户态并把控制权交给库函数，库函数再返回给应用程序。

　　5.系统调用上下文

　　内核在执行系统调用时处于进程上下文中，current指针指向当前进程，即引发系统调用的进程。

 

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