1 Linux作業系統體系結構

可以把這張圖想象成一個三維的：

最下面的底盤是硬體平臺（Hardware Platform），上面有兩大層：核心區（Kernel Space） 和 使用者區（User space）

其中核心區還有分層

2 系統呼叫的“社會”關係

作業系統為使用者態程序與硬體及核心資源進行 互動提供的一組介面

系統呼叫可被看成是一個核心與使用者空間程式 互動的介面

可以說承上啟下了

【作用】

• 極大的提高了系統的安全性
• 使使用者程式具有可移植性

系統呼叫和應用程式程式設計介面(API)

Linux的應用程式設計介面（API）遵循 POSIX標準(一種作業系統介面標準)

C Library to System Call

系統呼叫與系統命令

系統命令相對API，更高一層，每個系統命令都是一個可執行程式。

系統命令的實現呼叫了系統呼叫

系統呼叫與核心函式

核心函式在形式上與普通函式一樣，但它是在核心實現的，需要滿足一些核心程式設計的要求

系統呼叫是使用者程序進入核心的介面層，由核心函式實現的

進入核心後，不同的系統呼叫會找到各自對應的核心函式，這些核心函式被稱為系統呼叫的“服務例程”(後面會經常用到這個概念)

3 系統呼叫時的核心棧

在之前日誌曾討論過為什麼切換核心態會耗費時間，其中提到程式會有兩個棧，棧切換有費時。

為了把系統呼叫號與相應 的服務例程關聯起來，核心利用了一個系統呼叫表。

這個表存放在 sys_call_table陣列中，有 NR_syscalls個表項

當用戶態程序呼叫一個系統呼叫時，CPU切換到 核心態並開始執行一個核心函式

核心實現了很多不同的系統呼叫，程序必須傳遞 一個名為系統呼叫號的引數來指明需要呼叫的系 統呼叫，eax暫存器就用作這個目的

引數傳遞
系統呼叫也需要輸入輸出引數

• 實際的值
• 使用者態程序地址空間變數的地址

system_call是linux中所有系統呼叫的入口點，每個系統呼叫至少有一個引數，即eax傳遞的系統呼叫號

system_call

• system_call是用匯編語言寫的
• 傳遞系統呼叫號和引數（eax , ebx, ecx, edx, esi, edi 存放參數）
• 如果檢驗有效，則執行相應的系統呼叫處理程式 call *sys_call_table(, %eax , 4)

Linux-4.4.39定義了七個從SYSCALL_DEFINE0到 SYSCALL_DEFINE6的一組巨集,用於定義系統呼叫服務例程
<include/linux/syscalls.h>
X是系統呼叫引數的個數

#define SYSCALL_DEFINE1(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(1, _##name, __VA_ARGS__) #define SYSCALL_DEFINE2(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(2, _##name, __VA_ARGS__) #define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__) #define SYSCALL_DEFINE4(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(4, _##name, __VA_ARGS__) #define SYSCALL_DEFINE5(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(5, _##name, __VA_ARGS__) #define SYSCALL_DEFINE6(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(6, _##name, __VA_ARGS__) 

驗證引數
在核心打算滿足使用者的請求之前，必須仔細的檢查所有的系統呼叫引數
只要一個引數指定的是地址，那麼核心必須 檢查它是否在這個程序的地址空間之內，有兩種驗證方法：

• 驗證這個線性地址是否屬於這個程序的地址空間
• 如果是讀，該記憶體應被標記為可讀。如果是寫， 該記憶體應被標記為可寫。

傳遞返回值
所有的系統呼叫返回一個整數值。

• 正數或0表示系統呼叫成功結束
• 負數表示一個出錯條件
  此時這個負值將要存放在errno變數中返回給應用程 序。核心沒有設定或使用errno變數，封裝例程在系 統呼叫返回取得返回值之後設定這個變數

服務例程的返回值是將會被寫入eax暫存器中

4 系統呼叫過程

使用者態下呼叫C庫的庫函式，比如func()：

1. func()先做好引數傳遞工作，然後利用int 0x80指令產生一次異常
2. CPU通過0x80號在IDT中找到對應的服務例程 system_call()，並呼叫之
3. system_call()根據系統呼叫號索引系統呼叫表，找到系統呼叫程式入口，比如sys_func()
4. sys_func()執行完後，經過ret_from_sys_call()例程返 回用戶程式

Linux只允許系統呼叫介面使用128這一個軟中斷向量。
這也意味著所有的系統呼叫介面必須共享這一中斷通道， 並在同一個中斷服務例程中呼叫不同的核心服務例程。
系統呼叫介面是通過呼叫軟中斷指令“int $0x80”使程序 從使用者態進入到核心態。

應用程式、封裝例程、系統呼叫中斷處理程式及系統呼叫服務例程之間的 關係