API和系统调用实现同一方法

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一、基本概念

1.1API和系统调用区别：

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

1.2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。

所有的系统调用都返回一个整数值。这些返回值与封装例程返回值的约定是不同的。在内核中，正数或0表示系统调用成功结束，而负数表示一个出错条件。在后一种情况下，这个值就是存放在errno变量中必须返回给应用程序的负出错码。内核没有设置或使用errno变量，而封装例程从系统调用返回之后设置这个变量。

Libc标准库中的封装例程定义的errno变量包含特定的出错码；

1.3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

1.4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int $0x80来执行系统调用的,这条汇编指令产生向量为128的编程异常

1.5传参:

内核实现了很多不同的系统调用,进程必须指明需要哪个系统调用,这需要传递一个名为系统调用号的参数，使用eax寄存器

1.6系统调用也需要输入输出参数,例如

实际的值，用户态进程地址空间的变量的地址，甚至是包含指向用户态函数的指针的数据结构的地址

1.7system_call是linux中所有系统调用的入口点,每个系统调用至少有一个参数,即由eax传递的系统调用号

步骤：1.一个应用程序调用fork()封装例程,那么在执行int $0x80之前就把eax寄存器的值置为2(即__NR_fork)。这个寄存器的设置是libc库中的封装例程进行的,因此用户一般不关心系统调用号。

2.进入sys_call之后,立即将eax的值压入内核堆栈。

二、具体例子

2.1系统调用函数getpid编写的程序：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    printf("The current process ID is %d\n",getpid());
    return 0;
}

2.2使用嵌入式汇编实现的getpid程序：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int t;
    asm volatile(
                "mov $0,%%ebx\n\t"
                "mov $0x14,%%eax\n\t"　　//其中getpid的系统调用数是20
                "int $0x80\n\t"
                "mov %%eax,%0"
                :"=m"(t)
                );
    printf("The current process ID is %d\n",t);
    return 0;
}

2.3分析汇编代码系统调用工作过程：

首先将ebx寄存器清空，将getpid的系统调用号传入寄存器eax，然后调用系统软中断。系统中断处理完成后，eax寄存器存储的是系统调用getpid的返回值，将eax寄存器的值赋值给用户空间的参数。

2.4程序的输出结果一样：

三、总结：

通过这次实验，大致了解用户程序如何执行系统调用的。流程：用户程序调用API——》封装例程——》系统调用处理程序——》系统调用服务例程。