网易云课堂 Linux内核分析（四）

寇亚飞 + 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

实验内容

使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用

• 选择一个系统调用（13号系统调用time除外），系统调用列表参见系统调用
• 参考视频中的方式使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用

实验过程及结果

参见实验报告

实验分析

• 系统调用的意义
  操作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
  
  • 把用户从底层的硬件编程中解放出来
  • 极大的提高了系统的安全性
  • 使用户程序具有可移植性

• API和系统调用

  • 应用编程接口（Application program interface,API)和系统调用是不同的
    
    • API只是一个函数定义
    • 系统调用通过软中断向内核发出一个明确的请求
  • Libc库定义的一些API引用了封装例程（wrapper routine，唯一目的就是发布系统调用）
    
    • 一般每个系统调用对应一个封装例程
    • 库再用这些封装例程定义出给用户的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
      
      • 如，一些数学函数
    • 一个单独的API可能调用了几个系用调用
    • 不同的API可能调用同一个系统调用
  • 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满足进程的请求
    • Libc中定义的errno变量包含特定的出错码

• 用调用程序及服务例程

  • 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内核函数
    
    • 在Linux中使用过执行int $0x80来执行系统调用的，这条汇编指令产生向量为128的变成异常
  • 传参
    内核实现了很多不同的系统调用，进程必须指明需要哪个系统调用，这需要传递一个名为系统调用号的参数
    
    • 使用eax寄存器来接收系统调用号
    • 系统调用所需的参数可以用寄存器传参，但有如下限制：
      
      • 每个参数的长度不能超过寄存器的长度
      • 在系统调用号（eax）之外，参数的个数不能超过6个（ebx,ecx,edx,esi,edi,ebp）
      • 超过6个则寄存器中可存入指针，相应的内存地址中存放参数

具体实践

使用8号系统调用（creat）来演示说明。
- 使用库函数API创建文件

#include<stdio.h>#include<fcntl.h>int main(){    int ret =0;    char* filename = "createfile1";    mode_t mode = 0755;    ret = creat(filename,mode);    printf("file %d create success\n",ret);    return 0;}

库函数int creat(const char *filename, mode_t mode)有两个参数，第一个为要创建文件名，第二个为创建文件的模式/访问权限，0755表示文件所有者可读可写可执行，文件所有者所在组他行，其用户可读可执行。

• 使用C语言内嵌汇编带码实现

#include<stdio.h>#include<fcntl.h>int main(){    int ret =0;    char *filename = "createfile2";    mode_t mode = 0755;    asm volatile(            "movl $8,%%eax\n\t"            "int $0x80\n\t"            "movl %%eax,%0\n\t"            :"=m"(ret)            :"b"(filename),"c"(mode)            );    printf("file %d create success\n",ret);    return 0;}

在上面代码中，首先将系统调用号8传给寄存器eax，然后执行指令int $0x80执行数调用；creat函数的两个参数分别存入寄存器ebx和ecx中。

实验总结 

系统调用不但把用户从底层的硬件编程中解放出来，提高了编程的效率，也极大的提高了系统的安全性。