Linux内核分析4

Posted 2020-06-23

周子轩原创作品转载请注明出处  《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用

方法一：使用API在屏幕上显示“hello world”

这个其实也是C语言经典的入门程序，源代码如下

 

1. #include "stdio.h"  
2. #include "string.h"  
3.   
4. int main()  
5. {  
6.     char* msg = "Hello World";  
7.     printf("%s", msg);  
8.     return 0;  
9. }  

在实验楼中，打开此次实验链接（http://www.shiyanlou.com/courses/running/731），双击Xfce终端，cd Code目录下，gedit helloworld.c，新建并打开helloworld.c文件，在其中输入上面的代码，保存退出；

然后使用下面的指令编译链接程序：

 

gcc -o helloworld helloworld.c -m32   

接着，运行编译好的程序，

 

./helloworld

效果如下：

 

方法二：使用C内嵌汇编代码在屏幕上输出helloworld

Linux中内嵌汇编代码的语法，视频中有详细介绍，这里略去，直接给出代码和注释如下：

 

1. int main()  
2. {  
3.     char* msg = "Hello World";  
4.     int len = 11;  
5.     int result = 0;  
6.   
7.     __asm__ __volatile__("movl %2, %%edx;\n\r" /*传入参数：要显示的字符串长度*/  
8.              "movl %1, %%ecx;\n\r" /*传入参赛：文件描述符（stdout）*/  
9.              "movl $1, %%ebx;\n\r" /*传入参数：要显示的字符串*/  
10.              "movl $4, %%eax;\n\r" /*系统调用号：4 sys_write*/  
11.              "int  $0x80" /*触发系统调用中断*/  
12.              :"=m"(result) /*输出部分：本例并未使用*/  
13.              :"m"(msg),"r"(len)  /*输入部分：绑定字符串和字符串长度变量*/  
14.              :"%eax");   
15.           
16.     return 0;  
17. }  

 

 

使用gedit helloworld_asm.c新建文件，并输入上面的代码，使用下面的命令编译

gcc -o helloworld_asm helloworld_asm.c -m32

使用下面的命令运行

./helloworld_asm

运行效果如下

 

总结

 

即便是最简单的程序，也难免要用到诸如输入、输出以及退出等操作，而要进行这些操作则需要调用操作系统所提供的服务，也就是系统调用。除非你的程序只完成加减乘除等数学运算，否则将很难避免使用系统调用。在 Linux 平台下有两种方式来使用系统调用：利用封装后的 C 库（libc）或者通过汇编直接调用。
Linux 下的系统调用是通过中断（int 0x80）来实现的。在执行 int 80 指令时，寄存器 eax 中存放的是系统调用的功能号，而传给系统调用的参数则必须按顺序放到寄存器 ebx，ecx，edx，esi，edi 中，当系统调用完成之后，返回值可以在寄存器 eax 中获得。
所有的系统调用功能号都可以在文件 /usr/include/bits/syscall.h 中找到，为了便于使用，它们是用 SYS_<name> 这样的宏来定义的，如 SYS_write、SYS_exit 等。例如，经常用到的 write 函数是如下定义的：
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
该函数的功能最终是通过 SYS_write 这一系统调用来实现的。根据上面的约定，参数 fb、buf 和 count 分别存在寄存器 ebx、ecx 和 edx 中，而系统调用号 SYS_write 则放在寄存器 eax 中，当 int 0x80 指令执行完毕后，返回值可以从寄存器 eax 中获得。
或许你已经发现，在进行系统调用时至多只有 5 个寄存器能够用来保存参数，难道所有系统调用的参数个数都不超过 5 吗？当然不是，例如 mmap 函数就有 6 个参数，这些参数最后都需要传递给系统调用 SYS_mmap：
void  *  mmap(void *start, size_t length, int prot , int flags, int fd, off_t offset);
当一个系统调用所需的参数个数大于 5 时，执行int 0x80 指令时仍需将系统调用功能号保存在寄存器 eax 中，所不同的只是全部参数应该依次放在一块连续的内存区域里，同时在寄存器 ebx 中保存指向该内存区域的指针。系统调用完成之后，返回值仍将保存在寄存器 eax 中。
由于只是需要一块连续的内存区域来保存系统调用的参数，因此完全可以像普通的函数调用一样使用栈(stack)来传递系统调用所需的参数。但要注意一点，Linux 采用的是 C 语言的调用模式，这就意味着所有参数必须以相反的顺序进栈，即最后一个参数先入栈，而第一个参数则最后入栈。如果采用栈来传递系统调用所需的参数，在执行int 0x80 指令时还应该将栈指针的当前值复制到寄存器 ebx中。