1.系统调用概述
计算机系统的各种硬件资源是有限的，在现代多任务操作系统上同时运行的多个进程都需要访问这些资源，为了更好的管理这些资源进程是不允许直接操作的，所有对这些资源的访问都必须有操作系统控制。也就是说操作系统是使用这些资源的唯一入口，而这个入口就是操作系统提供的系统调用（System Call）。在linux中系统调用是用户空间访问内核的唯一手段，除异常和陷入外，他们是内核唯一的合法入口。
一般情况下应用程序通过应用编程接口API，而不是直接通过系统调用来编程。在Unix世界，最流行的API是基于POSIX标准的。
操作系统一般是通过中断从用户态切换到内核态。中断就是一个硬件或软件请求，要求CPU暂停当前的工作，去处理更重要的事情。比如，在x86机器上可以通过int指令进行软件中断，而在磁盘完成读写操作后会向CPU发起硬件中断。
中断有两个重要的属性，中断号和中断处理程序。中断号用来标识不同的中断，不同的中断具有不同的中断处理程序。在操作系统内核中维护着一个中断向量表（Interrupt Vector Table），这个数组存储了所有中断处理程序的地址，而中断号就是相应中断在中断向量表中的偏移量。
一般地，系统调用都是通过软件中断实现的，x86系统上的软件中断由int $0x80指令产生，而128号异常处理程序就是系统调用处理程序system_call()，它与硬件体系有关，在entry.S中用汇编写。接下来就来看一下Linux下系统调用具体的实现过程。
2.系统调用基本机制
前文已经提到了Linux下的系统调用是通过0x80实现的，但是显然一个操作系统有各式各样的系统调用，这样问题就出来了，对于所有系统调用我们都采用同一个软中断进入内核，而对于同一个中断号是如何处理多个不同的系统调用的？
最简单的方式是对于不同的系统调用采用不同的中断号，但是中断号明显是一种稀缺资源，Linux显然不会这么做；还有一个问题就是系统调用是需要提供参数，并且具有返回值的，这些参数又是怎么传递的？也就是说，对于系统调用我们要搞清楚两点：
1.系统调用的函数名称转换。
2.系统调用的参数传递。
首先看第一个问题。实际上，Linux中每个系统调用都有相应的系统调用号作为唯一的标识，内核维护一张系统调用表，sys_call_table，表中的元素是系统调用函数的起始地址，而系统调用号就是系统调用在调用表的偏移量。在x86上，系统调用号是通过eax寄存器传递给内核的。
系统调用表（System call Table），是一张由指向实现各种系统调用的内核函数的函数指针组成的表，该表可以基于系统调用编号进行索引，来定位函数地址，完成系统调用。
该表在linux-5.0.1/arch/x86/entry/syscalls目录下可以找到
系统调用的大致过程如下图：
系统调用表：
查询系统调用表可得，本次实验用到的系统调用大致如上图
系统调用号：
如上文所说，系统调用号记载了各个系统调用在系统调用表里的偏移量，在文件~/kernel/linux-5.0.1/arch/sh/include/uapi/asm/unistd_32.h中查询可得系统调用号，来验证是否如上文所说：
由图可知，每个系统调用确实有自己唯一的编号
3.Socket使用到的系统调用分析
首先我们已经在上文中列出了socket编程可能涉及到的系统调用，在这里我们可以通过查看c文件来获悉，上次实验的功能是如何实现的，下面分别列出客户端和服务端的代码
int Replyhi() { char szBuf[MAX_BUF_LEN] = "\0"; char szReplyMsg[MAX_BUF_LEN] = "hi\0"; InitializeService(); while (1) { ServiceStart(); RecvMsg(szBuf); SendMsg(szReplyMsg); ServiceStop(); } ShutdownService(); return 0; } int Hello(int argc, char *argv[]) { char szBuf[MAX_BUF_LEN] = "\0"; char szMsg[MAX_BUF_LEN] = "hello\0"; OpenRemoteService(); SendMsg(szMsg); RecvMsg(szBuf); CloseRemoteService(); return 0; }
可以看出，实际上replyhi和hello程序还是比较简单的，我们进一步查看replyhi和hello函数调用的API可得：
#define InitializeService() \ PrepareSocket(IP_ADDR,PORT); \ InitServer(); #define ShutdownService() \ close(sockfd); #define OpenRemoteService() \ PrepareSocket(IP_ADDR,PORT); \ InitClient(); \ int newfd = sockfd; #define CloseRemoteService() \ close(sockfd); #define ServiceStart() \ int newfd = accept( sockfd, \ (struct sockaddr *)&clientaddr, \ &addr_len); \ if(newfd == -1) \ { \ fprintf(stderr,"Accept Error,%s:%d\n", \ __FILE__,__LINE__); \ } #define ServiceStop() \ close(newfd); #define RecvMsg(buf) \ ret = recv(newfd,buf,MAX_BUF_LEN,0); \ if(ret > 0) \ { \ printf("recv \"%s\" from %s:%d\n", \ buf, \ (char*)inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), \ ntohs(clientaddr.sin_port)); \ } #define SendMsg(buf) \ ret = send(newfd,buf,strlen(buf),0); \ if(ret > 0) \ { \ printf("send \"hi\" to %s:%d\n", \ (char*)inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), \ ntohs(clientaddr.sin_port)); \ } #endif /* _SYS_WRAPER_H_ */
这些只是socket API调用的宏定义，牵涉到的系统调用还是上文提及的那几种，整个流程也是经典的socket编程流程，大致过程如下：
下面进行实验的验证：
将上述涉及到的系统调用，依次打上断点，然后进行远程调试，查看分析是否正确
捕获系统调用：
由图可知，我们确实捕获到了设置断点的系统调用，证明socket API函数确实要用到相关1系统调用。这只是一个简单的分析，至此我们知道socket API函数需要使用相关系统调用但我们却不知道其中的细节，通过查阅资料获悉，一个socket API函数使用所依赖的系统调用大致如下图:
由此可看出，使用socket 函数的第一步是使用__sys_socketcall（）系统调用。下面验证假设的正确性，将__sys_socketcall（）设成断点，看程序进行过程中是否进行了调用。
然后进行调试发现：
结果满足上面的假设，确实捕捉到了相应系统调用，然后根据上面的提示，查看源码可得：
SYSCALL_DEFINE2(socketcall, int, call, unsigned long __user *, args) { unsigned long a[AUDITSC_ARGS]; unsigned long a0, a1; int err; unsigned int len; if (call < 1 || call > SYS_SENDMMSG) return -EINVAL; call = array_index_nospec(call, SYS_SENDMMSG + 1); len = nargs[call]; if (len > sizeof(a)) return -EINVAL; /* copy_from_user should be SMP safe. */ if (copy_from_user(a, args, len)) return -EFAULT; err = audit_socketcall(nargs[call] / sizeof(unsigned long), a); if (err) return err; a0 = a[0]; a1 = a[1]; switch (call) { case SYS_SOCKET: err = __sys_socket(a0, a1, a[2]); break; case SYS_BIND: err = __sys_bind(a0, (struct sockaddr __user *)a1, a[2]); break; case SYS_CONNECT: err = __sys_connect(a0, (struct sockaddr __user *)a1, a[2]); break; case SYS_LISTEN: err = __sys_listen(a0, a1); break; case SYS_ACCEPT: err = __sys_accept4(a0, (struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2], 0); break; case SYS_GETSOCKNAME: err = __sys_getsockname(a0, (struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2]); break; case SYS_GETPEERNAME: err = __sys_getpeername(a0, (struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2]); break; case SYS_SOCKETPAIR: err = __sys_socketpair(a0, a1, a[2], (int __user *)a[3]); break; case SYS_SEND: err = __sys_sendto(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3], NULL, 0); break; case SYS_SENDTO: err = __sys_sendto(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3], (struct sockaddr __user *)a[4], a[5]); break; case SYS_RECV: err = __sys_recvfrom(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3], NULL, NULL); break; case SYS_RECVFROM: err = __sys_recvfrom(a0, (void __user *)a1, a[2], a[3], (struct sockaddr __user *)a[4], (int __user *)a[5]); break; case SYS_SHUTDOWN: err = __sys_shutdown(a0, a1); break; case SYS_SETSOCKOPT: err = __sys_setsockopt(a0, a1, a[2], (char __user *)a[3], a[4]); break; case SYS_GETSOCKOPT: err = __sys_getsockopt(a0, a1, a[2], (char __user *)a[3], (int __user *)a[4]); break; case SYS_SENDMSG: err = __sys_sendmsg(a0, (struct user_msghdr __user *)a1, a[2], true); break; case SYS_SENDMMSG: err = __sys_sendmmsg(a0, (struct mmsghdr __user *)a1, a[2], a[3], true); break; case SYS_RECVMSG: err = __sys_recvmsg(a0, (struct user_msghdr __user *)a1, a[2], true); break; case SYS_RECVMMSG: if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT) || !IS_ENABLED(CONFIG_64BIT_TIME)) err = __sys_recvmmsg(a0, (struct mmsghdr __user *)a1, a[2], a[3], (struct __kernel_timespec __user *)a[4], NULL); else err = __sys_recvmmsg(a0, (struct mmsghdr __user *)a1, a[2], a[3], NULL, (struct old_timespec32 __user *)a[4]); break; case SYS_ACCEPT4: err = __sys_accept4(a0, (struct sockaddr __user *)a1, (int __user *)a[2], a[3]); break; default: err = -EINVAL; break; } return err; }
这主要是一个switch函数，根据call值来决定系统调用，这也进一步验证了上文的猜想
参考文档：
1.linux内核剖析（六）Linux系统调用详解（实现机制分析）