20169211《Linux内核原理与分析》第六周作业

1.教材内容总结

2.实验报告

3.学习总结



一、教材内容总结

1、系统调用与应用编程接口API的区别

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，就是系统调用。它主要有一下三个方面的作用：

（1）把用户从底层的硬件编程中解放出来

（2）极大的提高了系统的安全性

（3）使用户程序具有可移植性

而API和操作系统是不同的，API只是一个函数定义，而系统调用通过软中断向内核发出一个明确的请求。一般每个系统调用对应一个封装例程，然后libc库再用这些封装例程定义出给用户的API。不是每一个API都对应一个特定的系统调用。

（1）API可能直接提供用户态的服务，例如一些数学函数等。

（2）不同的API可能调用几个系统调用

（3）不同的API可能调用了同一个系统调用

2、内核态和用户态

操作系统为了维持计算机的可持续的工作，要对这些可能影响到系统稳定的因素进行严格控制，不能让用户随意进行操作。这就是操作系统区分内核态和用户态的思想。对于一些可能影响系统稳定的函数，操作系统将它们放到内核态当中，在用户态中用户只能调用一些用户态的函数，而对于一些对内核函数，用户只能通过中断进入内核态中进行调用。下图简略的说明了用户态和内核态的程序调用关系。





二、实验报告

系统调用write。下面使用库函数和C代码嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用。

库函数调用系统调用：

int write(int fd,const char *buf, off_t count)//fd为文件描述符，buf为写缓冲区指针，count为写入字节数

#include<stdio.h>
int main()
{
	char* c = "this is sys_write";
	write(0,c,18);
	return 0;
}

嵌入汇编代码调用系统调用

#include<stdio.h>
int main()
{
	char* c = "this is sys_write";
	asm volatile (
		"mov $0,%%ebx\n\t"//对应fd
		"mov %0,%%ecx\n\t"//对应buf，也就是c
		"mov $18,%%edx\n\t"//对应count
		"mov $0x4,%%eax\n\t"//系统调用号为4
		"int $0x80\n\t"
		:
		:"r"(c)
	);
	return 0;
}
或
int main()
{
	char* c="this is sys_write";
	asm volatile(
		"mov $0,%%ebx\n\t"//对应fd
		"mov $18,%%edx\n\t"//对应count
		"mov $0x4,%%eax\n\t"//系统调用号为4
		"int $0x80\n\t"
		:
		:"c"(c)//直接将输入存入ecx
}

三、学习总结

这一节主要通过实验，了解了系统如何进行系统调用的，加深了对内核态和用户态的理解。操作系统平常工作都在用户态当中，当用户态需要操作一些内核数据时，才会通过系统调用进入内核态，而这些系统调用都是操作系统本身实现了，用户无法修改。可以看出通过这种方式，操作系统实现了对关键数据的保护，从而维护了系统的高效稳定运行。