《Linux内核设计与实现》读书笔记 5
第五章系统调用
5.1与内核通信
系统调用在用户空间进程和硬件设备间添加了一个中间层,
作用:为用户空间提供了一种硬件的抽象接口;保证了系统的稳定和安全,避免应用程序不正确使用硬件,窃取其他进程的资源,或做出危害系统的行为;为了实现多任务和虚拟内存。
Linux提供的系统调用比大部分操作系统少得多。
5.2 API、POSIX、和C库
一个API定义了一组应用程序使用的编程接口。(API和系统调用不是一一对应)API可以在各种不同的操作系统上实现,给应用程序提供完全相同的接口,而API本身的实现在不同系统中可能迥异。
Unix的API基于POSIX,Linux尽力与POSIX和SUSv3兼容
Linux的系统调用作为C库的一部分提供。
5.3系统调用
访问系统调用通常通过C库中定义的函数调用,通常需要定义参数,而且可能产生副作用(使系统状态发生改变)。系统调用还会返回了一long类型的值表示成功或错误。
定义系统调用:asmlinkage long sys_***
限定词 返回类型 命名规则
系统调用号:每个系统调用被赋予一个系统调用号,用户空间执行系统调用时,用系统调用号指明系统调用。一旦分配不再变更,系统调用被删除,其系统调用号也不允许回收利用。内核记录了系统调用表中所有已注册的系统调用列表,存储在sys_call_table中
系统调用的性能:Linux系统调用比其他操作系统要快,原因:上下文切换时间短;系统调用程序和系统调用都很简洁。
5.4系统调用处理程序
内核驻留在受保护的地址空间上,因此应用程序要通知内核自己需要使用系统调用。通知内核是靠软中断实现,引发异常时系统切换到内核态。通过int $0x80触发中断,执行128号异常处理程序(系统调用处理程序)
指定恰当的系统调用:X86上系统调用号通过eax寄存器传递给内核
参数传递:除了系统调用号还需要传递外部参数,按顺序存储在ebx,ecx,edx,esi和edi五个寄存器中,很少有需要六个参数的。
5.5系统调用的实现
实现系统调用:1、决定用途(不提倡采用多用途);2、调用的参数、返回值和错误码应该是什么(借口力求简洁,参数尽可能少,力求稳定);3、设计接口尽量为将来做考虑(是否有不必要的限制,是否可移植);
提供机制(mechaniam)不提供策略(policy)
参数验证:必须仔细检查参数是否合法有效,因为系统调用在内核空间执行,如果有不合法输入,那会威胁系统安全和稳定。最重要的检查是 检查用户提供的指针是否有效。在接收一个用户空间的指针之前,内核必须保证1、指针指向的内存区域属于用户空间。进程绝不能哄骗内核去读内核空间的数据;2、指针指向的内存区域在进程的地址空间里。进程绝不能哄骗内核去读其他进程的数据;3、进程绝不能绕过内存访问限制。
内核提供copy_to_user(),copy_from_user()两个方法完成检查拷贝数据
5.6系统调用上下文
内核在执行系统调用的时候处于进程上下文,在进程上下文中,内核可以休眠,并且可以被抢占。休眠说明系统调用可以使用内核提供的绝大部分功能。可以抢占说明新进程可以使用相同的系统调用。
绑定一个 系统调用的最后步骤:1、在系统调用表的最后加入一个表项;2、系统调用号必须定义于<asm/unistd.h>;3、系统调用必须被编译进内核映像。
从用户空间访问系统调用:只写出系统调用gilc恐怕并不提供支持。Linux本身提供一组宏_syscalln(),n的范围从0到6,代表需要传递给系统调用的参数个数。
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