linux内核分析——扒开系统调用的三层皮

万子惠 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

实验部分

选择24号getuid

/getuid/

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    pid_t uu;
    uu=getuid();
    printf("uu = %d \n", uu);
    return 0;
}

执行情况：

/getuid_asm/

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{

    pid_t uu;
    uu = getuid();
    asm volatile(
            "mov $0x24,%%eax\n\t"
            "int $0x80\n\t"
            "mov %%eax,%0\n\t"
            :"=m"(uu)
            );
    printf("uu = %d \n",uu);
    return 0;

}

执行情况：

分析汇编代码调用系统调用的工作过程：

将系统调用号放在eax中，之后使用int 0x80 进行中断。中断时保存现场，用户态栈顶地址，当时的状态字，cs:eip...然后调用相应函数，执行结果保存在%eax中，之后传入uu。

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总结部分

part1

高执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理地址——内核态

intel x86 CPU 有四种执行级别0-3级别，Linux只使用其中0和3表示内核态和用户态

最大区别 ：

地址空间访问：内核态：0xc000000以上可以访问
			用户态：0x0000000-0xbfffffff

中断处理是从用户态到内核态的主要方式（系统调用是中断的一种特殊形式）

寄存器上下文：

从用户态切换到内核态：1）必须保存用户态的寄存器上下文

中断、int指令会在堆栈上保存一些寄存器的值（用户态栈顶地址，当时的状态字，cs:eip...）

（中断第一件事就是保存现场：#define SAVE_ALL ）

中断结束之后会有：RESTORE_ALL/恢复现场/

Iret:与中断信号（包括int指令）发生时的CPU的做的动作真好相反。

中断的完整过程：

1）inter	rupt(ex: int 0x80)_save
	cs:eip/ss:eip(当前栈顶)/eflcgs（标志寄存器）(current) to kernel stack ,
	then load cs:eip lentry of a specific ISR （加载新入口内核信息）)
	and ss:eip (point to kernel stack)
2）SAVE_ALL
	   |
	/*进程调度（不是必经）*/
	   |
3)RESTORE_ALL(内核代码完成中断服务，发生进程调度)
4)iret

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系统调用的具体执行：

意义：为用户进程与硬件设备交互一组接口【提供用户程序可可移植性】

API：应用编程（只是个函数）

系统调用软中断向内核发送一个明确请求

Libc库定义了一些API引用了封装例程——唯一目的就是发布系统调用

		1）一个系统调用对应一个封装例程
		2）库再用这些封装例程定义用户的API

不是每个API都对应一个特定的系统调用。

API可能直接提供用户态的服务
一个单独的API可能调用几个系统调用
不同的API可能调用了同一个系统调用

关于返回值：

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
-1在多数情况下表示内核不能表示内核满足进程的请求
Libc中定义errno变量包含特定的出错码

三层皮：

1）API
2）中断向量
3）中断服务程序

系统调用服务过程:

I:用户态调用一个调用时，内核态切换并开始执行一个内核函数
		LInux中通过执行int $0x80 来执行系统调用（指向向量的128的编程异常）

II：传参（使用eax）
		限制 1）参数不能超过6个（超出的时候在某个寄存器中来使用指针解决）
			2）每个参数的长度不超过寄存器（6个）

Linux中，系统调用号将API xyz和中断服务程序sys_xyz关联起来

part2

我对“系统调用的工作机制”的理解：

首先系统调用的重要性不必赘述，想必很多工作都无法开展，内核安全也是一团糟吧？自从有了系统调用，就在用户与内核之间建立了安全便捷的抽象接口。除了异常和陷入外，它们是唯一的合法入口，使每个进程都运行在虚拟系统中，保证了系统的稳定和安全。