Lect_linux03系统调用ch5.ppt

第 5章 系统调用 本章内容 系统调用 数据结构和代码 系统调用getuid()的实现 添加一个系统调用mysyscall 一个简单的例子 1: #include linux/unistd.h /* all system calls need this header */ 2: int main(){ 3: int i = getuid(); 4: printf(“Hello World! This is my uid: %d\n”, i); 5: } 第一行：包括unistd.h这个头文件。所有用到系统调用的程序都需要包括它。 第三行：进行getuid()系统调用，并将返回值赋给变量i 为什么需要系统调用 系统调用在用户空间进程和硬件设备之间添加了一个中间层。应用程序调用操作系统提供的功能模块（函数）。 用户程序通过系统调用切换到核心态，从而可以访问相应的资源。这样做的好处是： 为用户空间提供了一种硬件的抽象接口，使编程更加容易。 有利于系统安全。 有利于每个进程度运行在虚拟系统中，接口统一有利于移植。 为什么需要系统调用(续) 为什么需要系统调用(续) 运行模式、地址空间、上下文 运行模式（mode） Linux使用了其中的两个：特权级0和特权级3 ，即内核模式(kernel mode)和用户模式(user mode） 地址空间（space） 上下文（context）。一个进程的上下文可以分为三个部分：用户级上下文、寄存器上下文以及系统级上下文。 用户级上下文：正文、数据、用户栈以及共享存储区； 寄存器上下文：通用寄存器、程序寄存器（IP）、处理机状态寄存器（EFLAGS）、栈指针（ESP）； 系统级上下文：进程控制块task_struct、内存管理信息(mm_struct、vm_area_struct、 pgd、pmd、pte等)、核心栈等。 系统调用、API和C库 Linux的应用编程接口（API）遵循 POSIX标准 Linux的系统调用作为c库的一部分提供。c库中实现了Linux的主要API，包括标准c库函数和系统调用。 应用编程接口(API)其实是一组函数定义，这些函数说明了如何获得一个给定的服务；而系统调用是通过软中断向内核发出一个明确的请求 API有可能和系统调用的调用形式一致 API和系统调用关注的都是函数名、参数类型及返回代码的含义 系统调用的实现是在内核完成的，而用户态的函数是在函数库中实现的 系统调用与操作系统命令 操作系统命令相对应用编程接口更高一层，每个操作系统命令都是一个可执行程序，比如ls、hostname等， 操作系统命令的实现调用了系统调用 通过strace ls或strace hostname 命令可以查看操作系统命令所调用的系统调用 系统调用与内核函数 内核函数在形式上与普通函数一样，但它是在内核实现的，需要满足一些内核编程的要求 系统调用是用户进程进入内核的接口层，它本身并非内核函数，但它是由内核函数实现的 进入内核后，不同的系统调用会找到各自对应的内核函数，这些内核函数被称为系统调用的“服务例程” 系统调用处理程序及服务例程 当用户态的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 系统调用处理程序执行下列操作： 在内核栈保存大多数寄存器的内容 调用所谓系统调用服务例程的相应的C函数来处理系统调用 通过ret_from_sys_call( )函数从系统调用返回 调用一个系统调用 初始化系统调用 内核初始化期间调用trap_init()函数建立IDT表中128(0x80)号向量对应的表项： set_system_gate(0x80， system_call); 该调用把下列值装入该门描述符的相应域 ： 段选择子： 偏移量：指向system_call( )异常处理程序 类型：置为15，表示该异常是一个陷入 DPL（描述符特权级）：置为3，这就允许用户态进程调用这个异常处理程序 数据结构和代码 与系统调用相关的内核代码文件： arch/i386/kernel/entry.S 系统调用时的内核栈 sys_call_table system_call和ret_from_sys_call arch/i386/kernel/traps.c //错误处理程序文件 include/linux/unistd.h 系统调用编号 宏定义展开系统调用 系统调用时的内核栈 系统调用时的内核栈(续) 18 * Stack layout in ret_from_system_call: 19 * ptrace needs to have all regs on the stack. 20