【学习&理解】Linux下的系统调用过程

在应用程序中，很多时候都会调用到系统调用来完成一些操作，可是系统调用是在内核态下才能调用，用户态下的应用程序是无法直接调用到的，那么操作系统是怎么处理这一过程的呢？

本文的环境是基于Linux 0.11，没有查证现代操作系统是否有所变化，不过基本思路应该差不多。

过程：

先来看一张图，有个大概的理解。

首先，应用程序能直接调用的是系统提供的API，这个在用户态（Ring3）下就可做到。

然后相应的API就会将相应的系统调用号保存到eax寄存器中（这一步通过内联汇编实现），之后就是使用int 0x80触发中断（内联汇编），进入到中断处理函数中（该函数是完全由汇编代码编写），这个时候就进入到了内核态（Ring0）了。

在中断处理函数中就会调用与系统调用号相对应的那个系统调用。在这个函数中，会把ds、es这两个寄存器设置为指向内核空间。这样一来，我们无法把数据从用户态中传到内核态啊（如open(const char * filename, int flag, ...)中，filename指针指向的字符串的地址是在用户空间中的，在内核空间相应的地方取的话根本没有该字符串），这该怎么办呢？中断处理函数中的fs寄存器被设置为指向了用户空间，所以问题得以解决。

在系统调用中就是进行相应的操作了，如打开文件、写文件等。

处理完后，将会返回到中断处理函数，返回值保存在eax寄存器中。

从中断处理函数中返回到API，依旧是把返回值保存到eax寄存器中。这个时候就从内核态恢复成用户态。

在API中从eax中取出值，做相应的判断返回不同的值，用以表示操作完成情况。

*附加：

为什么使用int 0x80中断能调用那么多系统调用？

在保护模式下，有各种各样的中断，而系统调用就和0x80号中断绑定。当要调用系统调用时，就触发int 0x80，中断处理函数就通过eax获知想要调用的是哪一个系统调用。这样做的原因是系统调用数量太多，中断号会不够用，所以用一个来集中管理。

操作系统中有一个表，是用来保存各个系统调用函数的地址的。这个表是一个数组，所以通过下标就可以访问到不同函数的地址。故可以做到一个中断号+各样的系统调用号就管理多个系统调用。

 

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