2019-2020-1 20199308《Linux内核原理与分析》第五周作业

《Linux内核分析》

第四章 系统调用的三层机制（上）

4.1 用户态、内核态和中断

• 与系统调用打交道的方式是通过库函数的方式
• 用户态与内核态的区分
  • 内核态：高的执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理内存
  • 用户态：低级别指令
• 系统调用也是一种中断
  • 中断处理是从用户态进入内核态的主要方式
  • 当用户态切换到内核态时，就要把用户态寄存器上下文保存起来，同时要把内核态的寄存器的值放到当前CPU中

4.2 系统调用概述

• 系统调用的意义：
  
  错做系统为用户态进程与硬件设备进行交互提供了一组接口
• 系统调用的功能和特性：
  • 把用户从底层的硬件编程中解放出来
  • 极大地提高系统安全新
  • 使用户程序具有可移植性

4.2.1 操作系统提供的API和系统调用的关系

• API：应用程序编程接口
  • 只是函数定义
  • 系统调用时通过软中断向内核发出了中断请求
• libc函数库定义的一些API内部使用了系统调用的封装例程，唯一目的是发布系统调用
  • 每个系统调用对应一个系统调用的封装例程
  • 函数库再用这些封装例程定义出给程序员调用的API
• 不是每个API都对应一个特定的系统调用（一对一，一对多，多对一）
• 返回值
  • 大多数系统调用的封装例程返回一个整数，其值的含义依赖于对应的系统调用
  • 返回值-1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求
  • libc中进一步定义的errno变量包含特定的出错码
    
    

4.2.2 出发系统调用及参数传递方式

• 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system_call和系统调用内核函数
• 传参
  • 内核实现了很多不同的系统调用
  • 使用EAX寄存器传递一个名为系统调用号的参数
• 

4.3 使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码触发同一个系统调用

4.3.1 使用库函数API触发一个系统调用

• 代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main(void)
{
    int u_id;
    printf("%u\n",u_id);
    return 0;
}

• 运行截图

4.3.2 C代码中嵌入汇编代码出发一个系统调用

• 代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void){
    int u_id;
    asm volatile(
            "movl $0x14, %%eax\n\t"   //将系统调用号赋给eax寄存器
            "int $0x80\n\t"           //执行系统调用
            "movl %%eax, %0\n\t"      //将系统调用执行后的返回值赋给变量tt
            :"=m"(u_id)
            );
    printf("%u\n",u_id);
    return 0;
    }

• 运行截图