kernel——系统调用

1. 系统调用的原理

linux借助硬件实现特权态和用户态运行，应用程序只能通过系统调用进入内核态。
方法是使用系统调用指令。
以arm32环境，打印hello world字符串的汇编为例

.text
.global _start
_start:
        mov r0, #1              /* stdout */
        add r1, pc, #16 /* address of string */
        mov r2, #12     /* string length */
        mov r7, #4      /* syscall of write */
        swi #0          /* software interrupt  */

_exit:
        mov r7, #1      /* syscall for exit */
        swi #0          /* software interrupt */

_string:
.asciz "hello world\n"

2. glibc

glibc对系统调用进行封装，提供c接口给用户使用

3. 系统调用流程分析

4. 添加系统调用

在一个kernel一定会链接的文件中加入系统调用的实现.

asmlinkage void sys_hello(const char __user *ubuf, size_t count)
{
        char kbuf[100] = {0};
        if (ubuf) {
                copy_from_user(kbuf, ubuf, (count < sizeof(kbuf)) ? count : sizeof(kbuf) - 1);
                printk("hello world 2022: %s\n", kbuf);
        }
}

include/uapi/asm-generic/unistd.h 添加声明

void sys_hello(const char __user *str, size_t count);

arch/arm/include/generated/calls-eabi.S 添加系统调用号

__SYSCALL(450, sys_hello)

编译kernel
应用程序

#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>   /* For SYS_xxx definitions */

int main()
{
        syscall(450, "aaa bbb");
        return 0;
}

5. 系统调用优化

由于系统调用频繁，所以希望降低开销，方法是：

• 快速系统调用， fast syscall
  使用硬件专门为系统调用设置的汇编指令，避免一些不需要的操作，如权限检查等，从而降低开销。

• 虚拟系统调用，vsyscall
  有些系统调用可以不进入内核态完成，只需要少量内核空间映射给应用空间，应用层可以直接读取，如time，可以在应用层实现。

• 虚拟动态共享对象，VDSO
  由于虚拟系统调用有缺点，分配内存有限，只支持4个系统调用，且分配的内存在进程空间中是静态的，容易被攻击，
  所以使用 VDSO 进行改进。
  VDSO提供超过4个系统调用，且在进程中地址是随机的。