Linux内核读书笔记第二周

1. 什么是系统调用
   简单来说，系统调用就是用户程序和硬件设备之间的桥梁。用户程序在需要的时候，通过系统调用来使用硬件设备。
   系统调用的存在，有以下重要的意义:
   1）用户程序通过系统调用来使用硬件，而不用关心具体的硬件设备，这样大大简化了用户程序的开发。
       比如：用户程序通过write()系统调用就可以将数据写入文件，而不必关心文件是在磁盘上还是软盘上，或者其他存储上。
   2）系统调用使得用户程序有更好的可移植性。
       只要操作系统提供的系统调用接口相同，用户程序就可在不用修改的情况下，从一个系统迁移到另一个操作系统。
   3）系统调用使得内核能更好的管理用户程序，增强了系统的稳定性。
       因为系统调用是内核实现的，内核通过系统调用来控制开放什么功能及什么权限给用户程序。
       这样可以避免用户程序不正确的使用硬件设备，从而破坏了其他程序。
   4）系统调用有效的分离了用户程序和内核的开发。
       用户程序只需关心系统调用API，通过这些API来开发自己的应用，不用关心API的具体实现。
       内核则只要关心系统调用API的实现，而不必管它们是被如何调用的。
   2.为了和用户空间上运行的进程进行交互，内核提供了一组借口。透过该接口，应用程序可以访问硬件设备和其他操作系统资源。这组接口在应用程序和内核之间扮演着使者的角色。同时，这组接口也保证了系统稳定可靠，避免应用程序肆意妄行，惹出麻烦。Linux系统的系统调用作为C库的一部分提供，其调用过程中的实例如下图所示：
   

3.Linux上的系统调用实现原理
要想实现系统调用，主要实现以下几个方面：
1）通知内核调用一个哪个系统调用
每个系统调用都有一个系统调用号，系统调用发生时，内核就是根据传入的系统调用号来知道是哪个系统调用的。
在x86架构中，用户空间将系统调用号是放在eax中的，系统调用处理程序通过eax取得系统调用号。
eax寄存器：将系统调用号传递给内核system_call()：与NR_syscall比较，检查有效性
call *sys_call_table(,%rax,8)：执行相应的系统调用
2）用户程序把系统调用的参数传递给内核
系统调用的参数也是通过寄存器传给内核的，在x86系统上，系统调用的前5个参数放在ebx,ecx,edx,esi和edi中，如果参数多的话，还需要用个单独的寄存器存放指向所有参数在用户空间地址的指针。
一般的系统调用都是通过C库(最常用的是glibc库)来访问的，Linux内核提供一个从用户程序直接访问系统调用的方法。
3）用户程序获取内核返回的系统调用返回值
获取系统调用的返回值也是通过寄存器，在x86系统上，返回值放在eax中。
4.系统调用上下文
     内核在执行系统调用的时候处于进程上下文。current指针指向当前任务，即引发系统调用的那个进程。在进程上下文中，内核可以休眠并且可以被抢占。这表明即使是在内核空间中，当前进程也可以被其他进程抢占。因为新的进程可以执行相同的系统调用，所以必须保证系统调用是可重入的。当系统调用返回时，控制权仍然在system_call()中，它最终会负责切换到用户空间并让用户继续执行下去。

总结：这周通过网易云课堂和自己读书学习，对系统调用有了比较系统的认识，自己对系统调用过程大致认识如下：应用程序在用户态调用API函数，该函数将对应的系统调用号及参数保存，触发软中断，然后陷入内核态，system_call根据系统调用号调用对应的内核函数，内核函数执行完毕后将结果存放的eax中并返回给程序，程序返回的用户态。经过最近几周的学习对Linux系统也逐渐理解，对这种学习方式也有很大的兴趣，希望今后能更好的学习。