系統調用的三層機制

用戶態、內核態和中斷

• 用戶態。較低的執行級別，只能訪問一部分內存，只能執行一部分指令。
• 內核態。高級執行級別，可以訪問任意物理內存，可以執行特權指令。
• 中斷。系統從用戶態進入內核態的主要方式。有硬件中斷和軟中斷。系統調用就是通過軟中斷進入內核態。

上下文切換

用戶態切換到內核態時，就要把用戶態寄存器上下文保存起來，同時要把內核態寄存器的值放到當前cpu中。int指令出發中斷機制會在堆棧上保存一些寄存器的值，會保存（SAVE_ALL）用戶態棧頂的值，當時的狀態字（flag），當時的CS：EIP的值。同時會將內核態的這些寄存器的值加載到cpu。其中內核態CS：EIP指向中斷處理程序的入口，如果是系統調用則指向system_call，當中斷結束后執行restore_all和INTERRUPT_RETURN。

API和系統調用

API就是系統調用的庫函數，是一個函數定義。系統調用是通過軟中斷向內核發出了中斷請求，int指令的執行就會觸發一個中斷請求，一個API可能只對應一個系統調用，也可能由多個系統調用實現。

Linux中通過int $0x80來觸發系統調用的執行，內核給每個系統調用一個編號，即系統調用號來指明是哪個系統調用，通過EAX寄存器傳遞。

無參數系統調用

依次通過c語言和內嵌匯編的c語言實現time（）函數中封裝的系統調用。

time.c

課本上給出的time.c在編譯時遇到如下問題：

查看struct tm發現應該是mday：

修改后代碼如下：

修改后順利運行：

內嵌匯編的代碼運行順利：

自選系統調用access

其實沒什么大區別，C語言代碼及運行結果如圖：

內嵌匯編的代碼及運行結果如圖，比c語言代碼有所簡化：

帶兩個參數的系統調用

同樣運行順利，代碼如下：

通用庫函數syscall

新增的沒有被封裝好的系統調用可以通過syscall（系統調用號，參數表）實現，實際上比前兩種方式舒服很多。

于是我們需要知道系統調用對應的系統調用號，在編譯器中通過查看syscall.h中引用的unistd.h文件可以查看系統定義的系統調用號表。

至于為什么unistd.h中的宏定義的變量名和我們使用的不一樣，是因為在bits/syscall.h中又進行了一次宏定義：

這樣應該更有益于程序的可讀性和不同版本的兼容性（兼容性是官方的解釋，但我現在對不同版本之間的兼容不報什么希望）。

感想

在查看系統調用號表時，實際上系統中有大量的unistd.h，包括i386、x86_64安裝過的mykernel和Linuxkernel以及許多不知道來源的。通常是在/usr/include/asm目錄下，但在我的電腦上甚至沒有asm這個目錄。還好編譯器中鏈接到的文件是在搜索目錄中的，所以能比較快的找到需要的頭文件。

之前在編程中要用到系統中的命令都是由system(command)實現，現在想來這應該是通過shell的封裝來調用的系統函數，效率應該比直接在程序中進行系統調用低不少。

一個小問題

這章之后對Linux系統的層次似乎多了些理解。按照我的理解，內核處于最底層，c語言中的系統調用和shell中的內建命令都是通過調用內核中的函數實現，是對內核中的函數的不同的封裝。C語言中syscall()是直接調用內核中的函數，而C語言中的system()函數則是通過調用shell間接的調用內核中的函數，所以命令可以和終端中的寫法保持一致，傳參也是直接傳字符串。希望這么理解是對的，在以后的實踐中去檢驗。

轉載于:https://www.cnblogs.com/thechosenone95/p/9932535.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2018-2019-1 20189218《Linux内核原理与分析》第五周作业的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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