系统调用过程详解

在上一篇博客中，我们介绍了库函数和系统调用的联系和区别。在这篇博客中，我们将通过分析Linux0.11的源码来理解系统调用的实际执行过程。

整个过程如下：首先指令流执行到系统调用函数时，系统调用函数通过int 0x80指令进入系统调用入口程序，并且把系统调用号放入%eax中，如果需要传递参数，则把参数放入%ebx，%ecx和%edx中。进入系统调用入口程序（System_call）后，它首先把相关的寄存器压入内核堆栈（以备将来恢复），这个过程称为保护现场。保护现场的工作完成后，开始检查系统调用号是不是一个有效值，如果不是则退出。接下来根据系统调用号开始调用系统调用处理程序（这是一个正式执行系统调用功能的函数），从系统调用处理程序返回后，就会去检查当前进程是否处于就绪态、进程时间片是否用完，如果不在就绪态或者时间片已用完，那么就会去调用进程调度程序schedule()，转去执行其他进程。如果不执行进程调度程序，那么接下来就会开始执行ret_from_sys_call，顾名思义，这这个程序主要执行一些系统调用的后处理工作。比如它会去检查当前进程是否有需要处理的信号，如果有则去调用do_signal()，然后进行一些恢复现场的工作，返回到原先的进程指令流中。至此整个系统调用的过程就结束了。

注：关于进程调度函数schedule()和信号处理函数do_signal()我们会在后面的博客中具体进行讲解。

好了，知道了系统调用的大致执行过程，下面我们来看看Linux0.11内核是如何实现这一功能的。

我们以Linux0.11内核中init/main.c中的fork()函数为例（fork()是一个系统调用）。

在main.c中有这么几行代码：

这里的_syscall0表示内嵌宏代码，（不明白？没关系），我们只要知道执行fork()，就相当于执行_syscall0()，它的定义在include/Unistd.h中：

这是一段嵌入在C语言的汇编代码（注：在Linux内核中有很多这样的代码，为的是在某些关键的地方使用汇编代码提供运行效率）。这段代码的大致含义是：执行int 0x80，把系统调用号放入%eax。这个时候系统就自动进入了系统调用入口程序_system_call中，它在kernel/System_call.s中：

第81-82行的代码是判断系统调用号是不是有效值。从第83-93就在进行一些入栈的操作，紧接着第94行代码执行call _sys_call_table(,%eax,4)，这个_sys_call_table是什么东西呢？它就是系统调用处理函数的指针数组，它里面包括了所有的系统调用。这个指针数组定义在include/linux/Sys.h，截个图给大家看看

看到没？我们要调用的fork()它的处理函数就是sys_fork()，它处在第3个位置上，所以当我们执行call _sys_call_table(,%eax,4)时，它就自动去执行sys_fork()啦！从系统调用处理函数返回后，第96-100的代码会去判断需不需要执行调度函数schedule。如果不需要的话，就开始执行ret_from_sys_call了，它同样在kernel/System_call.s中：

这个函数会去检查是否有信号需要处理，如果有则调用do_signal函数。标号3那个位置的汇编代码就是进行一些恢复现场的工作。

Linux0.11内核的系统调用的整个过程大概就是这样！