实验四——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

实验目的：

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

实验过程：

查看系统调用列表

get pid 函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
  pid_t tt;
  tt = getpid();
  printf("%u\n", tt);
  return 0;
}

使用API函数系统调用

API侧重于向上层提供给定的服务，而系统调用则侧重于通过软中断向下层的内核发出一个明确的请求。API属于用户态，而系统调用属于内核态。

操作系统提供的API函数库都会遵循一定的标准，以实现应用程序在不同的系统之上的可移植性。标准规定了API的向上提供的接口，至于API的功能如何实现的，各个操作系统可以有所不同。

API是提供给应用程序的接口，其实现的功能不仅仅只是底层的服务和资源，还包括封装了其他的应用程序，因此，API和系统调用没有必然的联系。第一：一个API可以不调用任何系统调用，只提供用户态的服务（如数学运算的函数）。第二：一个API可能调用多个系统调用。第三：多个API可以调用封装了不同功能的同一系统调用。

实验截图：

C代码中嵌入汇编代码使用系统调用

实验代码：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main(){

uid_t uid;

gid_t gid;

asm volatile(

"mov $0x18,%%eax\n\t"

"int $0x80\n\t"

"mov %%eax,%0\n\t"

:"=m"(uid)

);

printf("uid = %d, gid = %d\n", uid, gid);

return 0;

}

实验截图：

系统调用的原理：

系统中的程序类型及状态

操作系统中的状态分为管态（核心态）和目态（用户态）。特权指令：一类只能在核心态下运行而不能在用户态下运行的特殊指令。不同的操作系统特权指令会有所差异，但是一般来说主要是和硬件相关的一些指令。

访管指令：本身是一条特殊的指令，但不是特权指令。（trap指令）。基本功能：“自愿进管”，能引起访管异常。

用户程序只在用户态下运行，有时需要访问系统核心功能，这时通过系统调用接口使用系统调用。

系统功能调用

系统功能调用：就是用户在程序中使用“访管指令”调用由操作系统提供的子功能集合。其中每一个系统子功能称为一个系统调用命令，也叫广义指令。

Linux操作系统中的系统调用接口

fork 创建一个新进程

clone 按指定条件创建子进程

execve 运行可执行文件

exit 中止进程

_exit 立即中止当前进程

getdtablesize 进程所能打开的最大文件数

getpgid 获取指定进程组标识号

 

实验总结：

让我知道了系统调用把应用程序的请求传给内核，调用相应的的内核函数完成所需的处理，将处理结果返回给应用程序。系统调用并非直接和程序员或系统管理员打交道，它仅仅是一个通过软中断机制（我们后面讲述）向内核提交请求，获取内核服务的接口。而在实际使用中程序员调用的多是用户编程接口——API，而管理员使用的则多是系统命令。用户编程接口其实是一个函数定义，说明了如何获得一个给定的服务，比如read( )、malloc( )、free( )、abs( )等。它有可能和系统调用形式上一致，比如read()接口就和read系统调用对应，但这种对应并非一一对应，往往会出现几种不同的API内部用到同一个系统调用，比如malloc( )、free( )内部利用brk( )系统调用来扩大或缩小进程的堆；或一个API利用了好几个系统调用组合完成服务。更有些API甚至不需要任何系统调用——因为它并不是必需要使用内核服务，如计算整数绝对值的abs（）接口。另外要补充的是Linux的用户编程接口遵循了在Unix世界中最流行的应用编程界面标准——POSIX标准，这套标准定义了一系列API。在Linux中（Unix也如此），这些API主要是通过C库（libc）实现的，它除了定义的一些标准的C函数外，一个很重要的任务就是提供了一套封装例程（wrapper routine）将系统调用在用户空间包装后供用户编程使用。