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
1.实现系统调用
- 决定它的用途
不提倡采用多用途的系统调用 - 确定参数、返回值、错误码
力求简洁 - 越通用越好，不做错误假设
- 时刻注意可移植性和健壮性
2.参数验证
必须检查每个参数，保证他们不但合法有效，而且正确。
最重要——检查用户提供的指针：- 指针指向的内存区域必须属于用户空间
- 指针指向的内存区域在进程的地址空间内
- 决不能绕过内存访问限制
内核无论何时都不能轻率地接受来自用户空间的指针。
※1.检查读写
（1）向用户空间写入数据——copy_to_user()
参数：
进程空间中的目的内存地址
内核空间内的源地址
需要拷贝的数据长度（2）从用户控件读取数据——copy_from_user()
把第二个参数指定的位置上的数据拷贝到第一个参数指定的位置上
第三个参数——拷贝数据长度。
以上两个函数成功返回0，失败返回没能完成拷贝的数据的字节数。
这两个函数都有可能引起阻塞——当包含用户数据的页被换出到硬盘上而不是物理内存上的时候。
※2.检查是否有合法权限
老版本：suser()
新版本：权能机制，capable()，返回非0有权操作，返回0则无权操作。
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。
在进程上下文中，内核可以：- 休眠
说明系统调用可以使用内核提供的绝大部分功能 - 可以被抢占
要求保证该系统调用是可重入的
1.绑定一个系统调用的最后步骤
1，在系统调用表的最后加入一个表项。 2，对于所支持的各种体系结构，系统调用号都必须定义于<asm/unistd.h>中 3，系统调用必须被编译进内核映像，不能被编译成模块。——放进kernel/下的一个相关文件中即可，例如sys.c。2.从用户空间访问系统调用
Linux本身提供了一组宏，用于直接对系统调用进行访问。
_syscalln() //n的范围从0到6，代表需要传递给系统调用的参数个数。例如：
long open(const char *filename, int flags, int mode) = #define NR_open 5 _syscall3(long, open,const char*, filename, int, flags, int, mode) 应用程序可以直接用open()了。对于每个宏来说，都有（2+2xn）个参数：
1.系统调用的返回值类型 2.系统调用的名称 以后按照系统调用参数的顺序排列每个参数的类型和名称。_NR_open在<asm/unistd.h>中定义。
这个宏会被扩展成为内嵌汇编的C函数。3.为什么不通过系统调用的方式实现
好处：
- 系统调用创建容易并且使用方便 - linux系统调用的高性能问题：
- 占用系统调用号 - 固化，不允许改动接口 - 需要分别注册到每个需要支持的体系结构中 - 脚本中不易调用，文件系统中也不能直接访问 - 在主内核树外难以维护使用 - ……替代：
- 某些接口，例如信号量，用文件描述符表示 - 把增加的信息作为一个文件放在sysfs的合适位置。 - 休眠
时间： 2024-07-30 13:37:14