第四周—扒开系统调用的“三层皮”

Posted 2020-06-26

【洪韶武 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 】

 第四周 扒开系统调用的“三层皮”

一、本周学习内容总结

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1.系统调用的“三层皮”

• xyz函数—API
• systemcall—中断向量
• sysxyz—中断服务程序

2.系统调用的意义及API与系统调用的关系

（1）系统调用的意义：

• 把用户从底层的硬件编程中解放出来
• 极大提高了系统安全性
• 使用户程序具有可移植性

（2）API和系统调用：

• API与系统调用是不同的—API只是一个函数定义，系统调用通过软中断向内核发出一个明确请求。
• Libc库定义的一些API引用了封装例程—一般每个系统调用对应一个封装例程，库再用这些封装例程定义出给用户的API 。
• 不是每个API都对应一个特定的系统调用
• 返回值—大部分封装例程返回一个整数，-1多数情况下表示内核不能满足进程的要求。

3.用户态、内核态、中断

• Intel x86 CPU有四种不同的执行级别0——3，Linux只是用了其中的0和3来表示内核态和用户态
• 用户态—在相应的低执行状态下，代码的掌控范围受到限制，只能在对应级别允许的范围内活动
• 内核态—在高执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理地址
• 中断处理是从用户态进入内核态的主要方式。系统调用是一种特殊的中断。
• 从用户态切换到内核态时必须保存用户态的寄存器上下文。中断/int指令会在堆栈寄存器上保存一些寄存器的值。

• 中断发生之后第一件事就是保存现场。保护现场就是进入中断程序，保存需要用到的寄存器的值，恢复现场就是退出中断程序，回复保存寄存器的数据。中断处理结束最后一件事就是恢复现场。

4.系统调用的参数传递方法

 

二、实验内容总结

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　　以C语言和嵌入式汇编两种方式编写通过API进行系统调用的实例

　　选用20号系统调用getpid

• 库函数API使用系统调用

• C代码中嵌入汇编代码使用系统调用

• 实验结果

 

三、小结

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　　这周学习到系统调用的过程，及三个关键点：应用程序在用户态调用API函数，该函数将对应的系统调用号及参数保存，触发软中断，然后陷入内核态，中断向量根据系统调用号调用对应的内核函数，内核函数执行完毕后将结果存放的eax中并返回给程序，程序返回的用户态。并通过实验进行了系统调用实例。