在linux中，系統(tǒng)調(diào)用是指操作系統(tǒng)提供給用戶(hù)程序調(diào)用的一組特殊接口，用戶(hù)程序可以根據(jù)這組接口獲得操作系統(tǒng)內(nèi)核的服務(wù)；系統(tǒng)調(diào)用規(guī)定了用戶(hù)進(jìn)程陷入內(nèi)核的具體位置，或者說(shuō)規(guī)劃了用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核的路徑，只能從固定位置進(jìn)入內(nèi)核。

本教程操作環(huán)境：linux7.3系統(tǒng)、Dell G3電腦。

linux中什么是系統(tǒng)調(diào)用

1.什么是系統(tǒng)調(diào)用

系統(tǒng)調(diào)用，指的是操作系統(tǒng)提供給用戶(hù)程序調(diào)用的一組特殊接口，用戶(hù)程序可以根據(jù)這組接口獲得操作系統(tǒng)內(nèi)核的服務(wù)。它規(guī)定了用戶(hù)進(jìn)程陷入內(nèi)核的具體位置，或者說(shuō)規(guī)劃了用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核的路徑，只能從固定位置進(jìn)入內(nèi)核。

2.linux的系統(tǒng)調(diào)用

對(duì)于現(xiàn)代操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)調(diào)用是用戶(hù)空間和內(nèi)核通訊的普遍手段，linux也不例外。按照功能區(qū)域，linux系統(tǒng)調(diào)用大致分為進(jìn)程控制，文件訪(fǎng)問(wèn)，系統(tǒng)控制，存儲(chǔ)管理，網(wǎng)絡(luò)管理，進(jìn)程通訊等，詳細(xì)說(shuō)明可以通過(guò)man 2 syscalls命令查看manpage說(shuō)明。

系統(tǒng)調(diào)用，僅僅通過(guò)軟中斷機(jī)制向內(nèi)核提交請(qǐng)求，進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)服務(wù)。linux提供的用戶(hù)編程接口遵循了POSIX標(biāo)準(zhǔn)，這套標(biāo)準(zhǔn)除了定義一些標(biāo)準(zhǔn)的C函數(shù)外，提供了一套封裝例程將系統(tǒng)調(diào)用封裝供用戶(hù)編程使用。不過(guò)封裝并非必須的，如果你愿意直接調(diào)用，linux內(nèi)核也提供了一個(gè)syscall()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)用。通過(guò)下面一個(gè)例子了解C庫(kù)調(diào)用和直接調(diào)用的區(qū)別。

/* **  file: demo.c **  author: eric.xu **  date:   2016-02-25 */ #include <syscall.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <stdio.h> int main(void) {     long id1, id2;          /* system call no 20, __NR_getpid equal to SYS_getpid  */     id1 = syscall(__NR_getpid);     printf("sys_call getpid %ldn", id1);     /* libc getpid */     id2 = getpid();     printf("libc getpid %ldn", id2);     return 0; }

編譯運(yùn)行，可以看到兩者結(jié)果一致。

sys_call getpid 2899 libc getpid 2899

3.linux系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)

當(dāng)用戶(hù)態(tài)的進(jìn)程調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，CPU切換到內(nèi)核態(tài)并開(kāi)始執(zhí)行內(nèi)核函數(shù)。因?yàn)閮?nèi)核中每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都有唯一的標(biāo)號(hào)，所以用戶(hù)態(tài)調(diào)用必須傳遞一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的參數(shù)來(lái)確定具體的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。所有的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)都是整數(shù)，在內(nèi)核中，整數(shù)和0表示系統(tǒng)調(diào)用成功結(jié)束，負(fù)數(shù)則表示出錯(cuò)條件，而這個(gè)錯(cuò)誤值會(huì)存放在errno變量中作為出錯(cuò)碼返回給應(yīng)用程序。

linux系統(tǒng)調(diào)用使用軟中斷實(shí)現(xiàn)，在x86架構(gòu)中調(diào)用int $0x80匯編指令，這條指令會(huì)產(chǎn)生向量為128的異常。而在arm架構(gòu)中通過(guò)SWI指令進(jìn)入內(nèi)核空間，下面看下這條指令的格式:

SWI {cond} immed24;其中immed24表示24位立即數(shù)

SWI異常中斷處理程序需要通過(guò)讀取引起軟件中斷的SWI指令，取得24位立即數(shù)。基本步驟是在SWI異常產(chǎn)生后，訪(fǎng)問(wèn)SPSR寄存器判斷該指令是ARM指令還是Thumb指令，然后通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)LR寄存器得到整條指令地址，緊接著拿到該條指令，獲取最低24位立即數(shù)。