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系统调用 李春杰 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 极大的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 应用编程接口(application program interface, API)和系统调用是不同的 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的请求 Libc库定义的一些API引用了封装例程(wrapper routine，唯一目的就是发布系统调用) 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。 首先，API可能直接提供用户态的服务(比如一些数学函数) 其次，一个单独的API可能调用几个系统调用 不同的API可能调用了同一个系统调用 返回值 大部分封装例程返回一个整数，其值的含义依赖于相应的系统调用 -1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求 Libc中定义的errno变量包含特定的出错码 系统调用程序及服务例程 当用户态进程调用一个系统调用时，CPU切换到内核态并开始执行一个内核函数。 在Linux中是通过执行arm汇编语言swi来执行系统调用的 传参：内核实现了很多不同的系统调用，进程必须传递一个名为系统调用号的参数来指明需要调用的系统调用，arm中与swi的操作码混在一起 所有的系统调用返回一个整数值。这里的返回值与封装例程返回值的约定是不同的。 正数或0表示系统调用成功结束 系统调用处理程序也其他异常处理程序的结构类似，执行下列操作 在进程的内核态堆栈中保存大多数寄存器的内容(即保存恢复进程到用户态执行所需要的上下文) 根据用户态传递的系统调用号，确定系统调用的服务例程 调用名为系统调用服务例程的相应的C函数来处理系统调用 从系统调用返回 应用程序、封装例程、系统调用处理程序及系统调用服务例程之间的关系 系统调用表和系统调用 为了把系统调用号与相应的服务例程关联起来，内核利用了一个系统调用分派表(dispatch table) 参见sys_call_table的定义 寻找sys_call_table是如何使用的 举一个例子来说:open系统调用，库函数最终会调用__syscall(open)，宏展开之后为swi #__NR_open，即，swi #0x900005触发中断，中断号0x900005存放在[lr，#-4]地址中，产生SWI中断。 处理器跳转到arch/arm/kernel/entry-common.S中vector_swi读取[lr，#-4]地址中的中断号，之后查询arch/arm/kernel/entry-common.S中的sys_call_table系统调用表，该表内容在arch/arm/kernel/calls.S中定义，__NR_open在表中对应的顺序号为 　　__syscall_start: 　　... 　　.long SYMBOL_NAME(sys_open) //第5个 　　... 　　将sys_call_table[5]中内容传给pc，系统进入sys_open函数，处理实质的open动作 系统调用号 在内核的文件ainclue/arm/asm/unistd.h中可以看到： #ifndef __ASM_ARM_UNISTD_H #define __ASM_ARM_UNISTD_H #define __NR_OABI_SYSCALL_BASE 0x900000 #if defined(__thumb__) || defined(__ARM_EABI__) #define __NR_SYSCALL_BASE 0 #else #define __NR_SYSCALL_BASE __NR_OABI_SYSCALL_BASE #endif /* * This file contains the system call numbers. */ #define __NR_restart_syscall (__NR_SYSCALL_BASE+ 0) #define __NR_exit (__NR_SYSCALL_BASE+ 1) #define __NR_fork (__NR_SYSCALL_BASE+ 2) #define __NR_read (__NR_SYSCALL_BASE+ 3) #define __NR_write (__NR_SYSCALL_BASE+ 4) #define