2020-2021-1 20209320 《Linux内核原理与分析》第五周作业
系统调用的三层皮
- API：第一层是指Libc中定义的API，这些API封装了系统调用，使用int 0x80触发一个系统调用中断；当然，并非所有的API都使用了系统调用，如完成数学加减运算的API就没有使用系统调用；也有可能某个API使用了多个系统调用；这一层存在的价值就是为应用程序员提供易于使用的API来调用系统调用；
- system_call：运行于内核态。system_call是所有系统调用在内核的入口点，在其中的开始处保护用户态程序执行上下文，结束处恢复用户态程序执行上下文，在中间根据传入的系统调用号对应的中断服务程序；
- sys_xyz 系统调用封装例程：执行具体的系统调用操作，完成用户的系统调用请求；每个系统调用都对应一个封装例程；
系统调用执行流程
实验一
1.1 使用库函数API time()来获取系统当前时间
代码实现
#include<stdio.h>
#include<time.h>
int main()
{
time_t tt; //t是一个int型的数值，记录当前系统的时间，
struct tm *t; //定义一个 struct tm 类型的指针变量 t
tt = time(NULL); //使用库函数 API time() 来获取 tt
t = localtime(&tt); //调用 localtime() 把tt变成 struct tm 这种结构的格式便于输出为可读格式
printf("time:%d:%d:%d:%d:%d:%d:\n",t->tm_year+1900,t->tm_mon,t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec);
return 0;
}
实验结果
1.2 用汇编方式触发系统调用获取系统当前时间
代码实现
#include<stdio.h>
#include<time.h>
int main()
{
time_t tt;
struct tm *t;
asm volatile
(
"mov $0,%%ebx\n\t"//把EBX寄存器清0
"mov $0xd,%%eax\n\t"//eax用于传递系统调用号
"int $0x80\n\t"//触发系统调用陷入内核执行13好系统调用的内核处理函数
"mov %%eax,%0\n\t"//系统调用的返回值通过eax返回
:"=m"(tt)
);
t=localtime(&tt);
printf("time:%d:%d:%d:%d:%d:%d:\n",t->tm_year+1900,t->tm_mon,t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec);
return 0;
}
实验结果
实验二
2.1 含两个参数的C语言调用remane系统调用
代码实现
#include<stdio.h>
int main()
{
int ret;
char *oldname = "hello.c";
char *newname = "new1hello.c";
ret = rename(oldname,newname);
if(ret == 0
printf("Renamed successfully\n");
else
printf("Unable to rename the file\n");
return 0;
}
实现结果
2.2 含两个参数的汇编语言调用remane系统调用
代码实现
#include<stdio.h>
int main()
{
int ret;
char *oldname = "hello.c";
char *newname = "newhello.c";
asm volatile(
"movl %2,%%ecx\n\t" //将newname存入ecx寄存器
"movl %1,%%ebx\n\t" //将oldname存入ebx寄存器
"movl $0x26,%%eax\n\t" //把系统调用号38存入EAX寄存器中
"int $0x80" //执行系统调用陷入内核态，执行38号系统调用的内核处理函数
:"=a"(ret)
:"b"(oldname),"c"(newname)
);
if(ret == 0)
printf("Renamed successfully\n");
else
printf("Unable to rename the file\n");
return 0;
}
实现结果
2.3 通用的触发系统调用的库函数syscall
实现代码
#include<stdio.h>
#include<sys/syscall.h>
int main()
{
int ret;
char oldname[]="hello.c";
char newname[]="xxxhello.c";
ret=syscall(38,oldname,newname);
if (ret==0)
printf("Renamed successfully\n");
else
printf("Unable to renam the file\n");
return 0;
}
实验结果
总结
Linux 下的系统调用是通过中断（int 0x80）来实现的。在执行 int 80 指令时，寄存器 eax 中存放的是系统调用的功能号，而传给系统调用的参数则必须按顺序放到寄存器 ebx，ecx，edx，esi，edi 中，当系统调用完成之后，返回值可以在寄存器 eax 中获得。
所有的系统调用功能号都可以在文件 /usr/include/bits/syscall.h 中找到，为了便于使用，它们是用 SYS_
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
该函数的功能最终是通过 SYS_write 这一系统调用来实现的。根据上面的约定，参数 fb、buf 和 count 分别存在寄存器 ebx、ecx 和 edx 中，而系统调用号 SYS_write 则放在寄存器 eax 中，当 int 0x80 指令执行完毕后，返回值可以从寄存器 eax 中获得。
或许你已经发现，在进行系统调用时至多只有 5 个寄存器能够用来保存参数，难道所有系统调用的参数个数都不超过 5 吗？当然不是，例如 mmap 函数就有 6 个参数，这些参数最后都需要传递给系统调用 SYS_mmap：
void * mmap(void *start, size_t length, int prot , int flags, int fd, off_t offset);
当一个系统调用所需的参数个数大于 5 时，执行int 0x80 指令时仍需将系统调用功能号保存在寄存器 eax 中，所不同的只是全部参数应该依次放在一块连续的内存区域里，同时在寄存器 ebx 中保存指向该内存区域的指针。系统调用完成之后，返回值仍将保存在寄存器 eax 中。
由于只是需要一块连续的内存区域来保存系统调用的参数，因此完全可以像普通的函数调用一样使用栈(stack)来传递系统调用所需的参数。但要注意一点，Linux 采用的是 C 语言的调用模式，这就意味着所有参数必须以相反的顺序进栈，即最后一个参数先入栈，而第一个参数则最后入栈。如果采用栈来传递系统调用所需的参数，在执行int 0x80 指令时还应该将栈指针的当前值复制到寄存器 ebx中。
