Linux系统调用是应用程序与内核交互的一种方式。系统调用作为一种接口,通过系统调用,应用程序能够进入操作系统内核,从而使用内核提供的各种资源,比如操作硬件,开关中断,改变特权模式等等。首先,系统调用是一个软中断,既然是中断那么一般就具有中断号和中断处理程序两个属性,Linux使用0x80号中断作为系统调用的入口,而中断处理程序的地址放在中断向量表里。
二. 过程
基于linux-2.6.38,以read()系统调用函数为例进行说明。
在用户空间,read()函数的声明位于#include<unistd.h>,原型为:ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)。下面是read()函数在用户空间的定义的伪代码:
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
{
long res;
%eax = __NR_read
%ebx = fd
%ecx = (long)buf
%edx= count
int $0x80
res = %eax
return res;
}
第4行,用eax寄存器保存read()的系统调用号,在/arch/x86/include/asm/unistd_32.h里定义(#define __NR_read 3);第5~7行,分别将三个参数放入三个寄存器(通过寄存器来传递参数);第8行,执行系统调用,进入内核;第9行,获取eax寄存器所保存的函数返回值。
执行第8行后已经进入了系统内核,由于这是一个中断,因此程序进入到中断向量表中记录0x80号的中断处理程序,中断向量表的初始化在/arch/x86/kernel/traps.c中定义:
void __init trap_init(void)
{
...................
#ifdef CONFIG_X86_32
set_system_trap_gate(SYSCALL_VECTOR, &system_call);
set_bit(SYSCALL_VECTOR, used_vectors);
#endif
...................
}
如第6行所示。SYSCALL_VECTOR是系统调用的中断号,在/arch/x86/include/asm/irq_vectors.h中定义:
#ifdef CONFIG_X86_32
# define SYSCALL_VECTOR 0x80
#endif
正好是0x80。而system_call是系统调用的中断处理函数指针,用户执行int $0x80后会执行到这个函数,它在/arch/x86/kernel/entry_32.S中定义:
ENTRY(system_call)
RING0_INT_FRAME # can't unwind into user space anyway
pushl_cfi %eax # save orig_eax
SAVE_ALL
GET_THREAD_INFO(%ebp)
# system call tracing in operation / emulation
testl $_TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY,TI_flags(%ebp)
jnz syscall_trace_entry
cmpl $(nr_syscalls), %eax
jae syscall_badsys
syscall_call:
call *sys_call_table(,%eax,4)
movl %eax,PT_EAX(%esp) # store the return value
...........
第4行,SAVE_ALL是一个宏,也在这个文件里定义:
.macro SAVE_ALL
cld
PUSH_GS
pushl_cfi %fs
/*CFI_REL_OFFSET fs, 0;*/
pushl_cfi %es
/*CFI_REL_OFFSET es, 0;*/
pushl_cfi %ds
/*CFI_REL_OFFSET ds, 0;*/
pushl_cfi %eax
CFI_REL_OFFSET eax, 0
pushl_cfi %ebp
CFI_REL_OFFSET ebp, 0
pushl_cfi %edi
CFI_REL_OFFSET edi, 0
pushl_cfi %esi
CFI_REL_OFFSET esi, 0
pushl_cfi %edx
CFI_REL_OFFSET edx, 0
pushl_cfi %ecx
CFI_REL_OFFSET ecx, 0
pushl_cfi %ebx
CFI_REL_OFFSET ebx, 0
movl $(__USER_DS), %edx
movl %edx, %ds
movl %edx, %es
movl $(__KERNEL_PERCPU), %edx
movl %edx, %fs
SET_KERNEL_GS %edx
.endm
主要作用就是将各个寄存器压入栈中。