linux 系统调用如何进入内核模式

linux 系统调用如何进入内核模式

分类： LINUX

原文地址：linux 系统调用如何进入内核模式 作者：szbryan

linux下的系统调用如何从用户态进入内核态？这个问题一直以来都是模模糊糊，最近阅读了《程序员的自我修养》第十二章：系统调用与API，终于对此有了一个算是比较清醒和深刻的认识：总结了一下，画了一个图大致如下(注：没有内核态返回内核态流程)：

其中x86有两种方式从用户态陷入内核态：int 0x80系统调用以及新型的sysenter指令。本文暂且基于经典的int 0x80方式。对于用户态，地球人都知道我们写的C程序要调用到glibc库，与我们所理解的库调用并没有多大差异。但是对于glibc库如何陷入内核态，就需要详细的了解一下。
首先，glibc对系统调用做了一系列的封装，典型如fork()函数，比如我们所调用的fork()函数，在glibc中实际上定义的是如下一个宏：
_syscall0(pid_t, fork);
这里有一系列的__syscallN宏定义，其中的N范围从0-6，这是因为x86在linux下支持的最多的参数个数为6个。每个宏对应着相应个数的参数。fork()没有参数，所以是_syscall0。这个宏的参数pid_t是返回值的类型，fork是函数的名字，用于下一步的扩展。其中i386版本的_syscall0宏定义如下：

#define _syscall0(type,name) \
{ long __res; \
__asm__ volatile("int 0x80" \
: "=a" (__res) \
: "0" (__NR_##name)); \
__syscall_return(type, __res);\
}
这就是采用gcc内联汇编的形式编写的_syscall0宏，通过这个宏，可以很明显的看出来是通过int 0x80方式触发中断，进入内核态中断处理。并指明使用eax来传递参数和返回值。而此处的参数就是系统调用号，所以由此可知，触发中断进入内核时，所有的系统调用号都是通过eax传递，这样在内核态，想知道是什么系统调用，直接查询eax寄存器就可以得到系统调用号了。
进入中断，查询中断号，根据安装的中断处理程序就可以得到这是一个系统调用，于是查询系统调用表，根据eax中传递的系统调用号就可以得到对应的系统调用。
内核处理完成之后，最后通过__syscall_return从用户态返回内核态。当然，返回值还是通过eax传递返回的。

至于用户态和内核态的堆栈的切换，记住其中最重要的一个宏SAVE_ALL，就可以查询到其中的切换了，此处也就不讲述。