摘要: [20135337朱荟潼]原创作品转载请注明出处
第五章 系统调用
5.1 与内核通信
- 中间层
作用三个：1.为用户空间提供一种硬件的抽象接口；2.保证系统稳定和安全；3.除异常和陷入，是内核唯一的合法入口。
5.2 API、POSIX和C库
- API定义了应用程序使用的编程接口（可实现系统调用）。
- API、POSIX、C库与系统调用之间关系。
5.3 系统调用——syscall
5.3.1 系统调用号
- 当用户空间的进程执行一个系统调用，就用系统调用号指明到底执行哪个系统调用。
- sys_ni_syscall()：错误号，负责“填补空缺”，返回-ENOSYS，专门针对无效的系统调用。
- 存在sys_call_table。
5.3.2 系统调用的性能
- 简洁高效
5.4 系统调用处理程序
- 通知内核的机制是软中断实现的：通过引发一个异常来促使系统切换到内核态去指向异常处理程序，而此时的异常处理程序就是系统调用的处理程序。
- x86系统上的软中断是由int $0x80指令触发128号软中断。
5.4.1 指定恰当的系统调用
- eax寄存器传递系统调用号给内核。
5.4.2 参数传递
- x86系统，ebx,ecx,edx,esi,edi按顺序存放前五个参数。
- 需要6个及以上参数，应用一个单独的寄存器存放指向这些参数在用户空间地址的指针。
- 返回值存放在eax。
5.5 系统调用的实现
5.5.1 实现系统调用
- 提供机制而不是策略
简洁、通用、兼容、可移植、健壮
5.5.2 参数验证
- 最重要的检查：用户提供的指针是否有效。
指向的内存区域属于用户空间、在进程的地址空间里、在内存的访问权限范围中。
- 两个方法检查在两空间之间数据的来回拷贝
1.向用户空间写入数据——copy_to_user()；
2.从用户空间读取数据——copy_from_user()。
成功：返回0；
失败：返回标准-EFAULT
- 以上方法存在问题：
用户数据的页被换出到硬盘上而不在物理内存上，会引起阻塞，进程会休眠，至被换回物理内存。
- 检查是否有合法权限——capable()：返回0无权，返回非0有权。
5.6 系统调用上下文
- 内核在执行系统调用时处于进程上下文。
- current指针指向当前任务，即引发系统调用的那个进程。
- 在进程上下文中，内核可以休眠并且可以被抢占。
- 当系统调用返回时system_call()会负责切换到用户空间并让用户继续执行下去。
5.6.1 绑定一个系统调用的最后步骤
- 1.在系统调用表中加入表项；
- 2.系统调用号定义于<asm/unistd.h>中；
- 3.编译进内核映像，放入kernel/下的相关文件。
5.6.2 从用户空间访问系统调用
- Linux提供一组宏：_syscalln()【n的范围：0到6，代表传递给系统调用的参数个数】
5.6.3 为什么不通过系统调用的方式实现
-问题
在很多情况下不方便、不容易、难维护、难使用甚至会大材小用
- 代替方法
1.文件描述符来表示；
2.把增加的信息作为文件放在sysfs的合适位置。
总结
1.什么是syscall？
- 用户程序在需要的时候，通过系统调用来使用硬件设备。
2.syscall存在的价值？
- 用户程序通过系统调用来使用硬件，而不用关心具体的硬件设备是什么。
- 只要操作系统提供的系统调用接口相同，用户程序更改操作系统时也不用修改。
- 系统调用来控制给用户程序的功能、权限。
- 用户程序只需关心系统调用API，通过这些API来开发自己的应用，不用关心API的具体实现；
内核则只要关心系统调用API的实现，而不必管它们是被如何调用的。
参考
《Linux内核设计与实现》原书第3版