深入理解与使用Linux系统调用之整理笔记
深入理解与使用Linux系统调用之整理笔记
一、 什么是系统调用
在Linux的世界里，我们经常会遇到系统调用这一术语，所谓系统调用，就是内核提供的、功能十分强大的一系列的函数。这些系统调用是在内核中实现的，再通过一定的方式把系统调用给用户，一般都通过门(gate)陷入(trap)实现。系统调用就是用户空间应用程序和内核提供的服务之间的一个接口。由于服务是在内核中提供的，因此无法执行直接调用；相反，您必须使用一个进程来跨越用户空间与内核之间的界限。在特定架构中实现此功能的方法会有所不同。
二、 系统调用的作用
系统调用在Linux系统中发挥着巨大的作用，如果没有系统调用，那么应用程序就失去了内核的支持。我们在编程时用到的很多函数，如fork、open等这些函数最终都是在系统调用里实现的，这里我们说到的两个函数，即fork和exit,这两函数都是glibc中的函数，但是如果我们跟踪函数的执行过程，看看glibc对fork和exit函数的实现就可以发现在glibc的实现代码里都是采用软中断的方式陷入到内核中再通过系统调用实现函数的功能的。具体过程我们在系统调用的实现过程会详细的讲到。
由此可见，系统调用是用户接口在内核中的实现，如果没有系统调用，用户就不能利用内核。
三、 系统调用的现实及调用过程
详细讲述系统调用的之前也讲一下Linux系统的一些保护机制。
Linux系统在CPU的保护模式下提供了四个特权级别，目前内核都只用到了其中的两个特权级别，分别为“特权级0”和“特权级3”,级别0也就是我们通常所讲的内核模式，级别3也就是我们通常所讲的用户模式。划分这两个级别主要是对系统提供保护。内核模式可以执行一些特权指令和进入用户模式，而用户模式则不能。
这里特别提出的是，内核模式与用户模式分别使用自己的堆栈，当发生模式切换的时候同时要进行堆栈的切换。每个进程都有自己的地址空间（也称为进程空间），进程的地址空间也分为两部分：用户空间和系统空间，在用户模式下只能访问进程的用户空间，在内核模式下则可以访问进程的全部地址空间，这个地址空间里的地址是一个逻辑地址，通过系统段面式的管理机制，访问的实际内存要做二级地址转换，即：逻辑地址、线性地址、物理地址。
系统调用对于内核来说就相当于函数，我们是关键问题是从用户模式到内核模式的转换、堆栈的切换以及参数的传递。
图 1. 使用中断方法的系统调用的简化流程
图 2. 系统调用表和各种链接
五、系统调用的功能和分类
操作系统核心在运行期间的活动可以分为两个部分：上半部分(top half)和下半部分(bottom half)，其中上半部分为应用程序提供系统调用或自陷的服务，是同步服务，由当前执行的进程引起，在当前进程上下文中执行并允许直接访问当前进程的数据结构；而下半部分则是由处理硬件中断的子程序，是属于异步活动，这些子程序的调用和执行与当前进程无关。上半部分允许被阻塞，因为这样阻塞的是当前进程；下半部分不允许被阻塞，因为阻塞下半部分会引起阻塞一个无辜的进程甚至整个核心。
这些系统调用按照功能逻辑大致可分为“进程控制”、“文件系统控制”、“系统控制”、“存管管理”、“网络管理”、“socket控制”、“用户管理”、“进程间通信”几类，详细情况可参阅文章系统调用列表，见附录1：
如果你想详细看看系统调用的说明，可以使用man 2 syscalls 命令查看，或干脆到 <内核源码目录>/include/asm-i386/unistd.h源文件种找到它们的原本。
六、使用Linux系统调用（请参考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-system-calls/）
解了系统调用的实现及调用过程，我们可以根据自己的需要来对内核的系统调用作修改或添加。
本段将介绍几个系统调用的构造，从而展示它们的实现和用户空间应用程序对它们的使用。
向内核中添加新系统调用，需要执行 3 个基本步骤：
- 添加新函数。
- 更新头文件。
- 针对这个新函数更新系统调用表。
注意： 请参考：http://blog.csdn.net/PenglueR/archive/2010/01/07/5151410.aspx
附录1：请参考：http://blog.csdn.net/PenglueR/archive/2010/01/07/5151486.aspx