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一、書本第四章知識總結【系統調用的三層機制（上）】

• 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。
• 用戶態、內核態和中斷
  • 用戶態：在低的執行級別下，代碼能夠掌控的範圍有所限制，只能訪問部分內存。
    -內核態：在高的執行級別下，代碼可以執行特權指令，訪問任意的物理內存。
    -中斷：從用戶態進入內核態的主要方式。
    -中斷類別
    • 硬件中斷：在用戶態進程執行時，硬件中斷信號到來，進入內核態，就會執行這個中斷對應的中斷服務例程。
    • 軟中斷：在用戶態進程執行過程中，調用了一個系統調用（一種特殊中斷），進入內核態。
• 寄存器上下文切換
  當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，同時把內核態的寄存器的值放到當前CPU中。
  int指令觸發中斷機制會在堆棧上保存一些寄存器的值，會保存用戶態棧頂地址、當時的狀態字、當時的CS:EIP的值。
  同時會將內核態的棧頂地址、內核態的狀態字放入CPU對應的寄存器，並且CS:EIP寄存器的值會指向中斷處理程序的
  入口，對於系統調用來說是指向system_call。int指令或中斷信號發生之後，第一件事就是保存現場，進入中斷處理程
  序，執行SAVE_ALL。中斷處理程序結束後，中斷處理結束前的最後一件事是恢復現場，執行RESTORE_ALL。
• API和系統調用關系
  • API：應用程序編程接口，只是函數定義。
  • 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。
    libc函數庫定義的一些API內部使用了系統調用的封裝例程，其主要目的是發布系統調用，使程序員在寫代碼時不需要
    用匯編指令和寄存器傳遞參數來觸發系統調用。一個API可能只對應一個系統調用，亦可能內部由多個系統調用實現，
    一個系統調用也可能被多個API調用。
  • Intel x86 CPU定義了4種不同的執行級別0、1、2、3，數字越小特權越高。Linux系統采用了其中的0、3兩個特權級別。
• 寄存器相關知識點
  • 系統調用通過系統調用號進行區分，通過EAX寄存器傳遞。
  • 普通函數調用是通過將參數壓棧的方式傳遞的，而系統調用因為在用戶態和內核態下使用不同的堆棧，無法通過參數壓
    棧的方式進行傳遞，而是通過比較特殊的寄存器傳遞參數的方式進行。
  • 參數按照順序賦值給EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP，參數的個數不能超過6個，否則的話全部參數應該依次放在
    一塊連續的內存區域裏，同時在寄存器EBX中保存指向該內存區域的指針。

二、實驗部分【使用庫函數API和C代碼中嵌入匯編代碼兩種方式使用同一個系統調用】

（1）代碼（系統調用write）

int write(int fd,const char *buf, off_t count)//fd為文件描述符，buf為寫緩沖區指針，count為寫入字節數

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

（2）嵌入匯編代碼調用系統調用

include<stdio.h>
int main()
{
    char* c = "this is sys_write";
    asm volatile (
        "mov $0,%%ebx\n\t"//對應fd
        "mov %0,%%ecx\n\t"//對應buf，也就是c
        "mov $18,%%edx\n\t"//對應count
        "mov $0x4,%%eax\n\t"//系統調用號為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"//對應fd
        "mov $18,%%edx\n\t"//對應count
        "mov $0x4,%%eax\n\t"//系統調用號為4
        "int $0x80\n\t"
        :
        :"c"(c)//直接將輸入存入ecx
}

三、實驗收獲

1. 小總結

這一節主要通過實驗，了解了系統如何進行系統調用的，加深了對內核態和用戶態的理解。操作系統平常工作都在
用戶態當中，當用戶態需要操作一些內核數據時，才會通過系統調用進入內核態，而這些系統調用都是操作系統本
身實現了，用戶無法修改。可以看出通過這種方式，操作系統實現了對關鍵數據的保護，從而維護了系統的高效穩定運行。

2. link分為兩種類型：

• 硬連接指通過索引節點來進行連接。在Linux的文件系統中，保存在磁盤分區中的文件不管是什麽類型都給它分配一個編號，
  稱為索引節點號(Inode Index)。在Linux中，多個文件名指向同一索引節點是存在的。一般這種連接就是硬連接。硬連接的作用
  是允許一個文件擁有多個有效路徑名，這樣用戶就可以建立硬連接到重要文件，以防止“誤刪”的功能。其原因如上所述，因為對
  應該目錄的索引節點有一個以上的連接。只刪除一個連接並不影響索引節點本身和其它的連接，只有當最後一個連接被刪除後，
  文件的數據塊及目錄的連接才會被釋放。也就是說，文件真正刪除的條件是與之相關的所有硬連接文件均被刪除。
• 另外一種連接稱之為符號連接（Symbolic Link），也叫軟連接。軟鏈接文件有類似於Windows的快捷方式。它實際上是一個特
  殊的文件。在符號連接中，文件實際上是一個文本文件，其中包含的有另一文件的位置信息。

2018-2019-1 20189201 《LInux內核原理與分析》第五周作業