课本第五章

第五章 系统调用

一、与内核通信

• 中间层

   

  作用三个：1.为用户空间提供一种硬件的抽象接口；2.保证系统稳定和安全；3.除异常和陷入，是内核唯一的合法入口。

二、API、POSIX和C库

• API定义了应用程序使用的编程接口（可实现系统调用）。
• API、POSIX、C库与系统调用之间关系。
  

三、系统调用——syscall

1.系统调用号

• 当用户空间的进程执行一个系统调用，就用系统调用号指明到底执行哪个系统调用。
• sys_ni_syscall()：错误号，负责“填补空缺”，返回-ENOSYS，专门针对无效的系统调用。
• 存在sys_call_table。

2. 系统调用的性能

• 简洁高效

四、系统调用处理程序

• 通知内核的机制是软中断实现的：通过引发一个异常来促使系统切换到内核态去指向异常处理程序，而此时的异常处理程序就是系统调用的处理程序。
• x86系统上的软中断是由int $0x80指令触发128号软中断。

1. 指定恰当的系统调用

• eax寄存器传递系统调用号给内核。

2.参数传递

• x86系统，ebx,ecx,edx,esi,edi按顺序存放前五个参数。
• 需要6个及以上参数，应用一个单独的寄存器存放指向这些参数在用户空间地址的指针。
• 返回值存放在eax。

五、系统调用的实现

1.实现系统调用

• 提供机制而不是策略

   

  简洁、通用、兼容、可移植、健壮

2.参数验证

• 最重要的检查：用户提供的指针是否有效。

   

  指向的内存区域属于用户空间、在进程的地址空间里、在内存的访问权限范围中。

• 两个方法检查在两空间之间数据的来回拷贝

   

  1.向用户空间写入数据——copy_to_user()；
  2.从用户空间读取数据——copy_from_user()。
  
  成功：返回0；
  失败：返回标准-EFAULT

• 以上方法存在问题：

   

  用户数据的页被换出到硬盘上而不在物理内存上，会引起阻塞，进程会休眠，至被换回物理内存。

• 检查是否有合法权限——capable()：返回0无权，返回非0有权。

六、系统调用上下文

• 内核在执行系统调用时处于进程上下文。
• 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。
• 当系统调用返回时system_call()会负责切换到用户空间并让用户继续执行下去。

1. 绑定一个系统调用的最后步骤

• 1.在系统调用表中加入表项；
• 2.系统调用号定义于<asm/unistd.h>中；
• 3.编译进内核映像，放入kernel/下的相关文件。

2. 从用户空间访问系统调用

• Linux提供一组宏：_syscalln()【n的范围：0到6，代表传递给系统调用的参数个数】

3.为什么不通过系统调用的方式实现

 在很多情况下不方便、不容易、难维护、难使用甚至会大材小用

• 代替方法

  1.文件描述符来表示；
  2.把增加的信息作为文件放在sysfs的合适位置。

总结

1.什么是syscall？

• 用户程序在需要的时候，通过系统调用来使用硬件设备。

2.syscall存在的价值？

• 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是什么。
• 只要操作系统提供的系统调用接口相同，用户程序更改操作系统时也不用修改。
• 系统调用来控制给用户程序的功能、权限。
• 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