2012 第5章 Linux系統(tǒng)調(diào)用

1、第5章Linux系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用功能概述系統(tǒng)調(diào)用處理進程系統(tǒng)調(diào)用的實例分析系統(tǒng)調(diào)用添加方法，系統(tǒng)調(diào)用概述，系統(tǒng)調(diào)用(SYSTEM CALL) OS內(nèi)核具有一組實現(xiàn)系統(tǒng)功能的進程。系統(tǒng)調(diào)用是對上述進程的調(diào)用。程序員使用系統(tǒng)調(diào)用向OS提交服務(wù)請求，由OS代替。通常，進程不能訪問系統(tǒng)內(nèi)核。無法訪問內(nèi)核使用的內(nèi)存段或調(diào)用內(nèi)核函數(shù)。CPU的硬件結(jié)構(gòu)可以確保這一點。只有系統(tǒng)調(diào)用例外。5.1 Linux系統(tǒng)調(diào)用-功能，系統(tǒng)調(diào)用是用戶狀態(tài)進入內(nèi)核狀態(tài)的唯一入口，控制一般系統(tǒng)調(diào)用：硬件：如write/read調(diào)用。設(shè)定系統(tǒng)狀態(tài)或讀取核心資料getpid()、getpriority()、setpriority(

2、)、sethostname()程序管理3360，例如fork()、clone首先，您可以確認請求的正確性。5.1 Linux系統(tǒng)調(diào)用-功能、5.2 Int 0 X80命令以及在Linux上實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用利用i386體系結(jié)構(gòu)的軟件中斷。也就是說，調(diào)用int $0 X80組件命令。此程序集命令生成矢量為128的編程異常，CPU轉(zhuǎn)換為內(nèi)核狀態(tài)，執(zhí)行內(nèi)核函數(shù)并轉(zhuǎn)到系統(tǒng)調(diào)用處理程序的入口system_call()。Int $0 X80命令將用戶狀態(tài)的執(zhí)行模式轉(zhuǎn)換為內(nèi)核狀態(tài)，并將控制權(quán)傳遞給系統(tǒng)調(diào)用進程的起始點system_call()處理函數(shù)。system_call()函數(shù)system_call()檢查系

3、統(tǒng)調(diào)用號，該編號告訴內(nèi)核進程請求的服務(wù)。查看內(nèi)核進程系統(tǒng)調(diào)用表(sys_call_table)，找到調(diào)用的內(nèi)核函數(shù)入口地址。然后調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，返回后執(zhí)行系統(tǒng)檢查，然后返回到進程。系統(tǒng)調(diào)用和常規(guī)函數(shù)調(diào)用，API是用于調(diào)用應(yīng)用程序的特定目的的函數(shù)，系統(tǒng)調(diào)用允許應(yīng)用程序直接進入系統(tǒng)內(nèi)核。Linux內(nèi)核提供包裝和擴展系統(tǒng)調(diào)用的C語言庫。這些庫函數(shù)也稱為系統(tǒng)調(diào)用，因為它們與系統(tǒng)調(diào)用有很密切的關(guān)系。某些API函數(shù)不需要使用系統(tǒng)調(diào)用，因為可以在用戶空間中完成工作，例如用于數(shù)學(xué)計算的某些函數(shù)。某些API函數(shù)可以執(zhí)行多個系統(tǒng)調(diào)用。根據(jù)API函數(shù)的不同，可能會有相同的系統(tǒng)調(diào)用。例如，malloc()、callo

4、c()、free()等函數(shù)都使用相同的方法分配和釋放內(nèi)存。系統(tǒng)命令、內(nèi)核函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用的API比系統(tǒng)命令系統(tǒng)命令的API高。每個系統(tǒng)命令都是可執(zhí)行程序，例如ls命令。這些命令的實現(xiàn)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)核函數(shù)系統(tǒng)調(diào)用是用戶進入內(nèi)核的接口層，本身不是內(nèi)核函數(shù)，而是由內(nèi)核函數(shù)實現(xiàn)的。進入內(nèi)核后，徐璐在其他系統(tǒng)調(diào)用中查找相應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)，稱為系統(tǒng)調(diào)用的“服務(wù)例程”。系統(tǒng)調(diào)用getpid()實際調(diào)用的服務(wù)實例是sys_getpid()，或者系統(tǒng)調(diào)用getpid()是服務(wù)實例sys_getpid()中的程序包例程。封裝例程(wrapper routine)、切入命令是特殊命令，因此是依賴操作系統(tǒng)實現(xiàn)的

5、平臺(例如，在i386體系結(jié)構(gòu)中，int $0 X80(切入命令)，而不是編程時必須使用的語句。這可能會使移植用戶程序變得困難。在標(biāo)準(zhǔn)C庫函數(shù)中，為每個系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置了軟件包例程，當(dāng)用戶程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時，將調(diào)用C庫中相應(yīng)的軟件包例程。，系統(tǒng)調(diào)用過程，系統(tǒng)調(diào)用過程，system_call()片段，pushl/*系統(tǒng)調(diào)用號堆棧*/save _ all.cmpl $ (NR _ syscalls) 24(%esp) /*堆棧中的eax返回值jmpret _ from _ sys _ call，system _ call段(請參閱nob adsys 3360 call * sys _ call _ t

6、able(4)/在調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用表中，將返回值存儲在調(diào)用號為eax的系統(tǒng)調(diào)用例程movleax (%esp)/堆棧中的jmpret _ fret用戶根據(jù)Eax的系統(tǒng)調(diào)用號調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)實例。服務(wù)例程結(jié)束后，eax寄存器獲取返回值，并將其存儲在堆棧中，將用戶狀態(tài)eax寄存器放在存儲位置。然后轉(zhuǎn)到ret_from_sys_call()，結(jié)束系統(tǒng)調(diào)用程序的執(zhí)行。定義SAVE_ALL宏，# define SAVE _ ALL CLDPushl % esPushl % dsPushl pushl pushl pushl % ESIpushl pushl pushl movl $(_ _ kernel _

7、ds)，movl % dsmovl % es；將寄存器的參數(shù)推入核心堆棧(內(nèi)核可以使用用戶傳遞的參數(shù))。)INT指令與CALL指令不同，在徐璐控制不同權(quán)限級別之間的轉(zhuǎn)換時，不會自動將外部堆棧的參數(shù)復(fù)制到內(nèi)部堆棧，因此在調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用時，必須為每個寄存器指定參數(shù)，調(diào)用主程序(system_call)運行流程圖，調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用表和調(diào)用編號來創(chuàng)建系統(tǒng)，如果應(yīng)用程序調(diào)用fork()封裝例程，則必須在運行int $0 X80之前創(chuàng)建系統(tǒng)此寄存器的設(shè)置由libc庫中的封裝例程執(zhí)行，因此用戶通常對系統(tǒng)調(diào)用號、系統(tǒng)調(diào)用表和調(diào)用號不感興趣，并為內(nèi)核中的每個系統(tǒng)調(diào)用定義唯一的編號。此編號在linux/include/

8、asm/unistd.h(最大NR _ STD)中定義。第n個表條目包含系統(tǒng)調(diào)用號為n的服務(wù)實例的地址。在系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核之前，必須將系統(tǒng)調(diào)用號一起傳遞給內(nèi)核。此標(biāo)簽實際上位于系統(tǒng)調(diào)用表(sys_call_table)的下標(biāo)i386，通過在運行int $0 X80之前將調(diào)用號加載到eax寄存器中來實現(xiàn)此傳遞行為。這樣，運行系統(tǒng)調(diào)用處理程序后，可以從eax獲取系統(tǒng)調(diào)用號，然后轉(zhuǎn)到系統(tǒng)調(diào)用表查找其服務(wù)實例。系統(tǒng)調(diào)用號，# Define _ _ NR _ exit 1 # Define _ _ NR _ fork 2 # Define _ _ NR _ read 3 # Define _long s

9、ymbol _ name (sys _ ni _ syscall)。long symbol _ name(.long symbol _ name (sys _ write)。long symbol _ name (sys _ open)。long symbol _ name (sys)。long symbol _ name (sys _ link)。long symbol _ name (sys _ unlink)。偏移long symbol _ name (sys)系統(tǒng)調(diào)用號可以在表中查找相應(yīng)的處理程序地址。Linux/include/linux/sys.h中定義的NR_syscalls表示

10、表可以包含的最大系統(tǒng)調(diào)用數(shù)(常規(guī)NR_syscalls=256)。、系統(tǒng)調(diào)用表(sys_call_table)、系統(tǒng)調(diào)用的返回、服務(wù)例程結(jié)束時，system_call()從eax獲取系統(tǒng)調(diào)用的返回值，并將它們存儲在用戶狀態(tài)eax寄存器堆棧單元格的存儲位置。在進程還原用戶狀態(tài)的運行之前，RESTORE_ALL宏將還原在用戶進入內(nèi)核之前保留在堆棧中的寄存器值。其中，返回eax時系統(tǒng)調(diào)用的返回代碼(負數(shù)表示調(diào)用錯誤，0或正數(shù)表示正常完成)，ret_from_sys_call，cli #關(guān)閉中斷cmpl $0，need_resched(負數(shù)表示錯誤條件。其中返回值不同于封裝例程返回值的規(guī)則。如果未設(shè)置

11、內(nèi)核，或使用errno變量封裝例程在系統(tǒng)調(diào)用獲得返回值后設(shè)置此變量。如果系統(tǒng)調(diào)用出錯，則返回的負值存儲在errno變量中。應(yīng)用程序，調(diào)用5.3系統(tǒng)-分析實例，源文件名為getpid.c，內(nèi)容為# include # include # include int main(void)long id。ID=getpid()；Printf (getpid()=%ldn，ID)；返回(0)；系統(tǒng)調(diào)用-分析調(diào)用程序包例程getpid()的實例。軟件包例程將系統(tǒng)調(diào)用號_NR_getpid(第20個)推入EAX寄存器CPU，通過int $0 X80進入內(nèi)核，找到并調(diào)用system _ call()。3。在內(nèi)核

12、中首先運行4 sys_getpid()服務(wù)實例。5運行完成后，進入ret_from_sys_call()例程，系統(tǒng)調(diào)用返回到用戶狀態(tài)。5.4系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞，許多系統(tǒng)調(diào)用需要一個或多個參數(shù)。一般C函數(shù)的參數(shù)傳遞是通過將參數(shù)值寫入堆棧(用戶狀態(tài)堆?；騼?nèi)核狀態(tài)堆棧)來完成的。但是，系統(tǒng)調(diào)用是從用戶狀態(tài)進入內(nèi)核狀態(tài)的特殊函數(shù)，因此，用戶狀態(tài)堆?；騼?nèi)核狀態(tài)堆棧，用戶狀態(tài)堆棧，用戶狀態(tài)C函數(shù)，內(nèi)核狀態(tài)堆棧，內(nèi)核狀態(tài)C函數(shù)畢竟，服務(wù)例程是C函數(shù)，所以仍然需要在堆棧中查找參數(shù)。、用戶狀態(tài)堆棧、用戶狀態(tài)C函數(shù)、內(nèi)核狀態(tài)堆棧、內(nèi)核狀態(tài)C函數(shù)、寄存器、系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞、系統(tǒng)調(diào)用號用于傳遞系統(tǒng)調(diào)用所需參數(shù)參數(shù)的

13、寄存器為：eax:存儲系統(tǒng)調(diào)用號和系統(tǒng)調(diào)用返回值存儲系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)：在ebx、ecx、edx、esi和EDI中進入內(nèi)核狀態(tài)后，system_call使用SAVE_ALL進行存儲，必須滿足兩個條件才能將參數(shù)傳遞到注冊表。每個參數(shù)的長度不能超過寄存器的長度參數(shù)數(shù)6(包括從eax傳遞的系統(tǒng)調(diào)用號)。否則，必須使用單獨的寄存器(ebx)從進程地址空間指向具有這些參數(shù)值的內(nèi)存區(qū)域。返回值必須寫入eax寄存器。如果系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)數(shù)大于5，則在發(fā)出int 0 X80命令時，必須將系統(tǒng)調(diào)用功能號存儲在寄存器eax中。不同之處在于，必須按順序放置所有參數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用完成后，返回值仍存儲在寄存器eax中。因為只需要存儲系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)的連續(xù)內(nèi)存區(qū)域，所以可以像常規(guī)函數(shù)調(diào)用一樣使用堆棧來傳遞系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)。但是請記住，Linux使用C語言的調(diào)用模式。也就是說，所有參數(shù)必須按相反的順序堆疊。也就是說，最后一個參數(shù)必須首先進入堆棧，第一個參數(shù)必須最后進入堆棧。如果使用堆棧傳遞系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)，則在發(fā)出int 0 X80命令時