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《Linux内核设计与实现》读书笔记 第五章 系统调用

 

第五章系统调用

系统调用是用户进程与内核进行交互的接口。为了保护系统稳定可靠，避免应用程序恣意忘形。

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。

新建一个系统调用的好处：1、系统调用容易创建且使用方便；2、系统调用很高效。

新建一个系统调用的坏处：1、需要系统调用号，这需要一个内核在处于开发版本的时；候官方分配给你；2、系统调用的接口不允许改动；3、需要将系统调用分别注册到每个需要支持的体系结构中；4、在脚本中不容易调用系统调用，也不能从文件系统直接访问系统调用；5、对于简单信息交换，系统调用大材小用；