系统调用上

1.用户态、内核态和中断处理过程

1.1 用户态和内核态简介

一般现代CPU都有几种不同的指令执行级别。在高执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理地址，这种CPU执行级别就对应着内核态；而在相应的低级别执行状态下，代码的掌控范围会受到限制，只能在对应级别允许的范围内活动，这种CPU执行级别就对应着用户态。

例如：intel*86CPU有4种不同的执行级别0,1,2,3，Linux只使用了其中的0级和3级分别表示内核态和用户态。

1.2 区分用户态和内核态

显著的区分方法是看cs：eip，在内核态时，cs：eip可以是任意的值。

一般来讲在linux中，地址空间（逻辑地址）是一个显著的标志：0xc0000000以上的地址空间只能在内核态下访问，0x00000000——0xbfffffff的地址空间可在两种状态下访问。

1.3 中断处理

1.3.1 用户态进入内核态

用户态进入内核态的方式：中断、调用系统调用。

中断处理是从用户态进入内核态主要的方式，系统调用是一种特殊的中断。

1.3.2 寄存器的上下切换

用户态进入内核态时会发生寄存器的上下切换，要保存用户态的寄存器上下文。

中断/int指令会在堆栈上保存一些寄存器的值，如用户态栈顶地址、当前的状态字、当时的es:eip的值等。

中断发生后的第一件事就是保存现场（进入中断程序，保存需要用到的寄存器的数据），中断处理程序结束前最后一件事就是恢复现场（退出中断程序，恢复、保存寄存器的数据）。

1.3.2 中断处理的完整过程

//系统调用，保存cs:eip，当前堆栈段、栈顶、标志寄存器到内核堆栈，同时加载中断信号或系统调用，相关联的中断服务例程、ss:eip

interrupt(ex:int 0x80)-save cs:eip/ss:esp/eflags(current)to kernel stack,then load cs:eip(entry of specific ISR)and ss:eip(point to kernel stack).

//完成上述步骤之后，当前CPU在执行下一条指令，就在执行中断处理程序的入口，对堆栈的操作不再是用户态的堆栈，开始操作内核态堆栈

save_all

//内核代码，完成中断服务，发生进程调度。如果完成中断服务，没有发生进程调度，就会返回到原来的状态；如果发生进程调度，当前的状态

//就会暂时保存

restore_all

iret-pop cs:eip/ss:eip/eflags from kernel stack

2.系统调用概述

2.1系统调用的意义

系统调用：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。

把用户从底层的硬件编程中解放出来；极大的提高了系统安全性；使用户程序具有可移植性。

2.2应用程序编程接口（application program inteface,API)

API和系统调用

• 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；
• 不是每个API对应一个特定的系统调用。如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可能调用几个系统调用；不同的API可能调用了同一个系统调用。
• 返回值。大部分封装例程返回一个整数，其含义依赖与相应的系统调用；-1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求。

图解：

函数xyz()是系统调用对应的API，API中封装了系统调用，会触发一个int 0x80的中断，0x80这个中断向量对应着system_call这个内核代码的入口起点。

2.3获取当前系统时间

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main(){
    time_t tt;
    struct tm *t;
    //tt=time(NULL);
    asm volatile(
        "mov $0,%%ebx\n\t"
        "mov $0xd,%%eax\n\t"
        "int $0x80\n\t"
        "mov %%eax,%0\n\t"
        : "=m" (tt)
    );
    t=localtime(&tt);
    printf("%d,%d,%d",t->tm_year+1900,t->tm_mon,t->tm_wday);
    return 0;
}

分析嵌入式汇编代码：

首先ebx清0（系统调用传递的第一个参数使用ebx，这里是NULL），然后0xd放在eax中（eax是传递系统调用号，这里time是0xd(13)），

返回值通过eax寄存器返回，eax放在%0即tt这个变量。