linux内核设计与实现（第五章）----系统调用

喜欢ヅ旅行 2022-01-21 00:57 205阅读 0赞

主要内容：

1.  什么是系统调用
2.  Linux系统调用实现原理
3.  一个ARM体系架构的系统调用实现

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。

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2、Linux系统调用实现原理

当进程执行系统调用函数时,进程跳转到内核态，进入ENTRY（vector\_swi）在entry-common.S头文件中。里面涉及到一些EABI和OABI，也就是高版本linux和低版本linux的区别，汇编代码阅读起来可能会繁琐一点。在这个函数中系统检测系统调用号，根据调用号，系统会查看sys\_call\_table（用户体系下arch/arm/include/asm/unistd.h）查找到内核函数的入口地址ENTRY（sys\_call\_table）中进入calls.S。接着就在内核态调用该函数，等待返回检查后，返回用户态。

注：仔细的读者可能会想，如果系统调用一旦被删除，怎么办？linux中有一个原则，系统调用号一旦分配不能有任何变更，否则编译好的应用程序就会崩溃，此外一个系统调用号如果被删除，它所占用的系统调用号也不允许被回收。仔细研究发现linux系统中存在一个未被调用的系统调用函数sys\_ni\_syscall()，它除了返回-ENOSYS外不做任何事情。如果系统调用号错误（大于最大系统调用号或调用函数不存在），这个函数就要填补空缺。

3、一个ARM体系架构的系统调用实现

向内核中添加新的系统调用，需要执行如下3个步骤：

1、 添加新的内核函数

2、 更新头文件unistd.h

3、 针对这个新函数更新系统调用表calls.S

实验内核版本linux3.0.1（注低版本内核可能不适用该方法）

打开arch/arm/kernel/sys\_arm.c

添加自己要添加的函数，代码如下：

asmlinkage int sys_add(int a,int b)
    {
    	int c;
    	c = a + b;
    	return c;
    }

注：asmlinkage是GNU的一个重要标签，具体详见GNU手册。

更新头文件unistd.h

在arch/arm/include/asm/unistd.h

添加如下代码：

#define __NR_add		(__NR_SYSCALL_BASE+376)

更新调用表

在arch/arm/kernel/calls.S

添加如下代码：

CALL(sys_add)

添加一个系统调用后必须重新编译内核。

编写应用层实现函数：

#include <stdio.h>
    #include <linux/unistd.h>
    int main(void)
    {
            int result;
            result = syscall(376,3,2);
            printf("result = %d\n", result);
            return 0;
    }

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