Linux第五章笔记

5、1 与内核通信

系统调用在用户空间进程和硬件设备之间添加了一个中间层。

主要作用有：

• 为用户空间提供了一种硬件的抽象接口
• 系统调用保证了系统的稳定和安全
• 每个进程都需要运行在虚拟机内

5、2 API、POSIX和C库

• 一般情况下，应用程序通过在用户空间实现的应用编程接口（API）而不是直接通过系统调用来编程。因为编程接口不需要和内核提供的系统调用对应。一个API定义了一组应用程序使用的编程接口，他们可以实现一个系统调用，也可以通过调用多个系统来实现，完全不使用任何系统调用也不成问题。
• 在Unix世界中，最流行的应用编程接口是基于POSIX标准的。
• C库实现了Unix系统中主要的API，包括标准C库和系统调用接口。

5、3 系统调用

• 如何定义系统调用：（1）编译指令asmlinkage限定（2）函数值返回logo，在用户空间为int，在内核空间为long（3）get_pid（）在内核中被定义为sys_getpid()(4)系统调用bar（）在内核中实现为sys_bar（）函数
• 系统调用号：每一个系统被赋予一个系统调用号，当用户空间的进程执行一个系统调用时，这个系统调用号就用来指明到底要执行哪个系统调用，进程不会提及系统调用的名称。系统调用号一旦分配则不能被变更，否则编译好的程序就会崩溃。如果系统被删除，它所占用的系统调用号不会被删除。
• 系统调用的性能：Linux比其他操作系统执行的要快：Linux很短的上下文切换时间，系统调用处理程序和系统调用都十分简洁。
• 系统调用处理程序：应用程序以中断告诉内核执行语句。通过引发一个异常或促进系统切换到内核态去执行异常处理程序。
• 指定恰当的系统调用：系统调用号通过eax寄存器传递给内核，系统调用处理程序一旦运行，就可以从eax中得到数据。

5、5系统调用的实现

• 参数验证：系统调用必须检查所有的参数是否合法，比如文件I/O检查文件描述符是否有效，进程相关的函数检查提供的PID是否有效。
• 最重要的就是检查用户提供的指针是否有效，指针是否合法
• copy_to_user（）的三个参数：（1）进程空间中的目的内存地址（2）内核空间内的源地址（3）需要拷贝的数据长度
• copy_to_user（）和copy_from_user（）都有可能引起阻塞，当用户数据页被换出到硬盘上而不是物理内存上时就有可能发生

5、6系统调用上下文

• 在进程上下文中，内核可以休眠（在系统调用阻塞或者调用schedule（）的时候）也可以被抢占
• 当系统调用返回的时候，控制权仍在system_call中（），它最终负责切换到用户空间
• 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表项（2）对于所有支持的体系结构，系统调用号必需定义与<asm/unistd.h>中（3）系统调用必须被编译进内核映像，比如ays.c
• 从用户空间访问系统调用：宏_syscalln（），直接对系统调用进行访问，n的范围从0到6，代表需要传递给系统调用的参数个数。每个宏都有2+2*n个参数，第一个参数对应系统返回值的类型，第二个调用是系统调用的名称，再之后是按照系统调用参数的顺序排列每个参数的类型和名称。

5、7建立新系统调用的好处

• 创建容易使用方便
• Linux系统调用高性能使用方便
• 系统调用被稳定的内核固化后，接口不允许改变
• 在脚本中不容易系统调用，也不能从文件中直接访问系统调用
• 把增加的信息作为一个文件放入sysfs的合适位置