扒开系统调用的三层皮

Posted 2020-06-26

张潇月《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

通过库函数与系统调用沟通。

用户态和内核态：高的执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意物理地址，这就是内核态。低级别的就是用户态。

为什么要有权限分级？让操作系统更加稳定，防止程序员的用户态代码使系统崩溃。

intel x86 CPU上有四种执行指令的级别0-3，Linux只使用两种，0是内核态，3是用户态。

如何区分用户态和内核态？在内核态时我们可以访问cs eip是任意的地址，然而用户态只能访问0x0000000-0xbfffffff的地址空间（地址空间是逻辑地址不是物理地址）

中断处理是从用户态进入内核态的主要方式！系统调用只是一种特殊的中断。

寄存器上下文切换：用户态切换到内核态时，必须要要把用户态的寄存器上下文保存起来，同时要把内核态寄存器上下文的值保存在对应地方。如：用户态栈顶地址、当时的状态字、当时的cs:eip的值以及内核态的栈顶地址、当时的状态字等。

中断发生后第一件事就是保存现场 save_all，中断结束前的最后一件事就是恢复现场 restore_all，最后iret指令与中断信号发生时的CPU的做的动作只好相反。

中断处理过程：

interrupt (ex:int 0x80)-save cs:eip/ss:eip/eflages(current)to kernel stack,then load cs:eip(entry of a specific ISR)and ss:esp(point to kernel stack)
int 0x80表示系统调用
保存了当前的堆栈，栈顶，标志寄存器保存到内核堆栈
同时加载了当前的系统调用相关联的中断服务历程的入口
同时把当前的堆栈段和esp也加载到CPU里
save_all
-…//内核代码，完成中断服务，发生进程调度
restore_all
iret-pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack

系统调用的意义：操作系统为用户态进程与硬件设备进行交互提供了一组接口——系统调用

把用户从底层的硬件编程中解放出来

极大地提高了系统的安全性

使用户程序具有可移植性

API和系统调用（应用程序编程接口）：API知识一个函数定义，系统调用通过软中断向内核发出一个明确的请求。

一般每个系统调用对应一个封装例程；不是每一个系统调用对应一个API，大部分封装都返回一个整数。

系统调用的三层皮：API、对应的中断向量、服务程序

内核实现了很多不同的系统调用，进程必须指明要哪一种系统调用，因此有了系统调用号这个参数。用eax寄存器传递参数。

寄存器传递参数具有如下限制：每个参数的长度不能超过寄存器的长度，即32位；在系统调用号之外，参数的个数不能超过六个。

 

实验：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。