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

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