Linux内核分析第四周作业

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

首先从系统调用表中选择一个系统调用，我选择了122号系统调用——uname

122	i386	uname			sys_newuname

先用man查一下api是怎么使用的

man 2 api

这里的2表示查询系统调用uname(2)，否则默认查的是uname(1)，也就是在shell中运行的uname程序。

可以看到，要使用uname，首先要include头文件sys/utsname.h。然后定义一个utsname结构体的变量，将这个变量的指针作为参数传递给uname。系统就会在结构体中填充信息，都是字符串，可以直接打印。

于是写下最简单的代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/utsname.h>

int main()
{
    struct utsname name;
    uname(&name);
    printf("--API--\n");
    printf("%s\n", name.sysname);
    printf("%s\n", name.nodename);
    printf("%s\n", name.release);
    printf("%s\n", name.version);
    printf("%s\n", name.machine);
    return 0;
}

编译以后看一下运行结果

然后考虑用内联汇编实现系统调用。将代码修改一下

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/utsname.h>
 3
 4 int main()
 5 {
 6     struct utsname name;
 7
 8     asm volatile(
 9         "mov %0, %%ebx\n\t"
10         "mov $122, %%eax\n\t"
11         "int $0x80\n\t"
12         :
13         :"r"(&name)
14     );
15
16     printf("--ASM--\n");
17     printf("%s\n", name.sysname);
18     printf("%s\n", name.nodename);
19     printf("%s\n", name.release);
20     printf("%s\n", name.version);
21     printf("%s\n", name.machine);
22     return 0;
23 }

编译以后看一下运行结果

和API的调用方式结果一样。

下面分析一下汇编代码调用的细节。

第9行向EBX写入参数，即name结构体的地址

第10行将系统调用号122写入EAX

第11行引发0x80的中断。中断会立刻运行IRQ。

Linux内核在启动之初的trap_init函数中就将0x80的IRQ固定为系统调用的处理函数

其中SYSCALL_VECTOR的值就是0x80

因为中断是内核处理的，所以此时已经进入内核态。

0x80的IRQ——system_call是用汇编写的

一开始保存了现场

然后根据EAX中的系统调用号，去调用对应的系统调用。最后将调用结果保存起来，退出IRQ的时候通过EAX返回给用户程序。

顺便看一眼这次选择的系统调用代码。根据系统调用表，112对应的系统调用名字叫做newuname（居然还有olduname和oldolduname。。。）

很简单，uname的内容一直在内核中保存着，每次系统调用只要将内容从内核态复制到用户态即可，并且复制的时候用锁保护了一下。

总结

Linux为了系统的稳定性，分为用户态和内核态。用户态的程序无法使用系统的底层功能，因此需要系统调用临时地让内核替用户程序去完成一些底层功能。

无论是API还是汇编的方式，都是通过0x80中断进入内核态，然后内核根据EAX中的系统调用号去调用对应的系统调用函数，最后将返回值通过EAX返回给用户态程序。

此外，系统调用是进程调度切换的时机，因为此时控制交给了内核。对于用户程序来说仅仅是调用了系统调用，然后从系统调用返回。在系统调用中发生的进程切换对于用户程序是透明的。

王岩

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