windows内核情景分析学习笔记2

1、内核与系统调用基础

对于应用程序进程来说，操作系统内核的作用体现在一组可供调用的函数，称为系统调用（也成"系统服务"）。

从程序运行的角度来看，进程是主动、活性的，是发出调用请求的一方；而内核是被动的，只是应进程要求而提供服务。

从整个系统运行角度看，内核也有活性的一面，具体体现在进程调度。

系统调用所提供的服务(函数)是运行在内核中的，也就是说，在"系统空间"中。而应用软件则都在用户空间中，二者之间有着空间的间隔（CPU运行模式不同）。

综上所述，应用软件若想进行系统调用，则应用层和内核层之间，必须存在"系统调用接口"，即一组接口函数，这组接口运行于用户空间。

对于windows来说，其系统调用接口并不公开，公开是的一组对系统调用接口的封装函数，称为windowsAPI。

2、用户空间中的进程如何进行系统调用？

用户空间与系统空间所在的内存区间不一样，同样，对于这两种区间，CPU的运行状态也不一样。

在用户空间中，CPU处于"用户态"；在系统空间中，CPU处于"系统态"。

CPU从系统态进入用户态是容易的，因为可以执行一些系统态特有的特权指令，从而进入用户态。

而相反，用户态进入系统态则不容易，因为用户态是无法执行特权指令的。所以，一般有三种手段，使CPU进入系统态（即转入系统空间执行）：

①中断：来自于外部设备的中断请求。当有中断请求到来时，CPU自动进入系统态，并从某个预定地址开始执行指令。中断只发生在两条指令之间，不影响正在执行的指令。

②异常：无论是在用户空间或系统空间，执行指令失败时都会引起异常，CPU会因此进入系统态（如果原先不在系统空间），从而在系统空间中对异常做出处理。异常发生在执行一条指令的过程中，所以当前执行的指令已经半途而废了。

③自陷：以上两种都CPU被动进入系统态。而自陷是CPU通过自陷指令主动进入系统态。多数CPU都有自陷指令，系统调用函数一般都是靠自陷指令实现的。一条自陷指令的作用相当于一次子程序调用，子程序存在于系统空间。

windows系统通过自陷指令"int 0x2e"进入系统空间实现系统调用。

通过自陷指令调用系统服务流程：

①CPU执行int 0x2e，CPU运行状态切换为系统态

②从任务状态段TSS装入本线程的系统空间的SS和ESP

③依次把用户空间的SS、ESP、EFLAGS、CS、EIP的内容压入系统空间堆栈

④从中断向量表中以0x2e为中断向量，开始执行系统空间中的程序。

⑤程序执行后，通过iret(中断返回)指令实现上述过程的逆过程