linux系统调用

2016-03-18 17:10:19

张超《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

我的实验平台以及代码见https://www.shiyanlou.com/courses/reports/986221

实验要求:

扒开系统调用的三层皮

使用库函数触发一个系统调用

C代码中嵌入汇编代码的写法

使用嵌入式汇编代码触发同一个系统调用

系统调用在内核代码中的处理过程

系统调用:

操作系统为用户态进程与硬件设备进行交互提供了一组接口——系统调用

  把用户从底层的硬件编程中解放出来

  极大的提高了系统的安全性

  使用户程序具有可移植性

API和系统调用

  应用编程接口(application program interface, API) 和系统调用是不同的

    API只是一个函数定义

    系统调用通过软中断向内核发出一个明确的请求

  Libc库定义的一些API引用了封装例程(wrapper routine,唯一目的就是发布系统调用)

    一般每个系统调用对应一个封装例程

    库再用这些封装例程定义出给用户的API

  不是每个API都对应一个特定的系统调用。

    API可能直接提供用户态的服务

    一个单独的API可能调用几个系统调用

    不同的API可能调用了同一个系统调用

  返回值

    大部分封装例程返回一个整数,其值的含义依赖于相应的系统调用

    -1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求

    Libc中定义的errno变量包含特定的出错码

应用程序、封装例程、系统调用处理程序及系统调用服务例程之间的关系

 linux系统调用_第1张图片

 

系统调用程序及服务例程

  当用户态进程调用一个系统调用时,CPU切换到内核态并开始执行一个内核函数。

    在Linux中是通过执行int $0x80来执行系统调用的, 这条汇编指令产生向量为128的编程异常

    Intel Pentium II中引入了sysenter指令(快速系统调用),2.6已经支持(本课程不考虑这个)

  传参:

  内核实现了很多不同的系统调用, 进程必须指明需要哪个系统调用,这需要传递一个名为系统调用号的参数

    使用eax寄存器

参数传递

  系统调用也需要输入输出参数,例如

    实际的值

    用户态进程地址空间的变量的地址

    甚至是包含指向用户态函数的指针的数据结构的地址

  system_call是linux中所有系统调用的入口点,每个系统调用至少有一个参数,即由eax传递的系统调用号

    一个应用程序调用fork()封装例程,那么在执行int $0x80之前就把eax寄存器的值置为2(即__NR_fork)。

    这个寄存器的设置是libc库中的封装例程进行的,因此用户一般不关心系统调用号

    进入sys_call之后,立即将eax的值压入内核堆栈

  寄存器传递参数具有如下限制:

    1)每个参数的长度不能超过寄存器的长度,即32位

    2)在系统调用号(eax)之外,参数的个数不能超过6个(ebx,ecx,edx,esi,edi,ebp)

系统调用列表参见

#
# 32-bit system call numbers and entry vectors
#
# The format is:
# <number> <abi> <name> <entry point> <compat entry point>
#
# The abi is always "i386" for this file.
#
0    i386    restart_syscall        sys_restart_syscall
1    i386    exit            sys_exit
2    i386    fork            sys_fork            stub32_fork
3    i386    read            sys_read
4    i386    write            sys_write
5    i386    open            sys_open            compat_sys_open
6    i386    close            sys_close
7    i386    waitpid            sys_waitpid            sys32_waitpid
8    i386    creat            sys_creat
9    i386    link            sys_link
10    i386    unlink            sys_unlink
11    i386    execve            sys_execve            stub32_execve
12    i386    chdir            sys_chdir
13    i386    time            sys_time            compat_sys_time
14    i386    mknod            sys_mknod
15    i386    chmod            sys_chmod
16    i386    lchown            sys_lchown16
17    i386    break
18    i386    oldstat            sys_stat
19    i386    lseek            sys_lseek            compat_sys_lseek
20    i386    getpid            sys_getpid
21    i386    mount            sys_mount            compat_sys_mount
22    i386    umount            sys_oldumount
23    i386    setuid            sys_setuid16
24    i386    getuid            sys_getuid16
25    i386    stime            sys_stime            compat_sys_stime
26    i386    ptrace            sys_ptrace            compat_sys_ptrace
27    i386    alarm            sys_alarm
28    i386    oldfstat        sys_fstat
29    i386    pause            sys_pause
30    i386    utime            sys_utime            compat_sys_utime
31    i386    stty
32    i386    gtty
33    i386    access            sys_access
34    i386    nice            sys_nice
35    i386    ftime
36    i386    sync            sys_sync
37    i386    kill            sys_kill
38    i386    rename            sys_rename
39    i386    mkdir            sys_mkdir
40    i386    rmdir            sys_rmdir
41    i386    dup            sys_dup
42    i386    pipe            sys_pipe
43    i386    times            sys_times            compat_sys_times
44    i386    prof
45    i386    brk            sys_brk
46    i386    setgid            sys_setgid16
47    i386    getgid            sys_getgid16
48    i386    signal            sys_signal
49    i386    geteuid            sys_geteuid16
50    i386    getegid            sys_getegid16
51    i386    acct            sys_acct
52    i386    umount2            sys_umount
53    i386    lock
54    i386    ioctl            sys_ioctl            compat_sys_ioctl
55    i386    fcntl            sys_fcntl            compat_sys_fcntl64
56    i386    mpx
57    i386    setpgid            sys_setpgid
58    i386    ulimit
59    i386    oldolduname        sys_olduname
60    i386    umask            sys_umask
61    i386    chroot            sys_chroot
62    i386    ustat            sys_ustat            compat_sys_ustat
63    i386    dup2            sys_dup2
64    i386    getppid            sys_getppid
65    i386    getpgrp            sys_getpgrp
66    i386    setsid            sys_setsid
67    i386    sigaction        sys_sigaction            compat_sys_sigaction
68    i386    sgetmask        sys_sgetmask
69    i386    ssetmask        sys_ssetmask
70    i386    setreuid        sys_setreuid16
71    i386    setregid        sys_setregid16
72    i386    sigsuspend        sys_sigsuspend            sys_sigsuspend
73    i386    sigpending        sys_sigpending            compat_sys_sigpending
74    i386    sethostname        sys_sethostname
75    i386    setrlimit        sys_setrlimit            compat_sys_setrlimit
76    i386    getrlimit        sys_old_getrlimit        compat_sys_old_getrlimit
77    i386    getrusage        sys_getrusage            compat_sys_getrusage
78    i386    gettimeofday        sys_gettimeofday        compat_sys_gettimeofday
79    i386    settimeofday        sys_settimeofday        compat_sys_settimeofday
80    i386    getgroups        sys_getgroups16
81    i386    setgroups        sys_setgroups16
82    i386    select            sys_old_select            compat_sys_old_select
83    i386    symlink            sys_symlink
84    i386    oldlstat        sys_lstat
85    i386    readlink        sys_readlink
86    i386    uselib            sys_uselib
87    i386    swapon            sys_swapon
88    i386    reboot            sys_reboot
89    i386    readdir            sys_old_readdir            compat_sys_old_readdir
90    i386    mmap            sys_old_mmap            sys32_mmap
91    i386    munmap            sys_munmap
92    i386    truncate        sys_truncate            compat_sys_truncate
93    i386    ftruncate        sys_ftruncate            compat_sys_ftruncate
94    i386    fchmod            sys_fchmod
95    i386    fchown            sys_fchown16
96    i386    getpriority        sys_getpriority
97    i386    setpriority        sys_setpriority
98    i386    profil
99    i386    statfs            sys_statfs            compat_sys_statfs
100    i386    fstatfs            sys_fstatfs            compat_sys_fstatfs
101    i386    ioperm            sys_ioperm
102    i386    socketcall        sys_socketcall            compat_sys_socketcall
103    i386    syslog            sys_syslog
104    i386    setitimer        sys_setitimer            compat_sys_setitimer
105    i386    getitimer        sys_getitimer            compat_sys_getitimer
106    i386    stat            sys_newstat            compat_sys_newstat
107    i386    lstat            sys_newlstat            compat_sys_newlstat
108    i386    fstat            sys_newfstat            compat_sys_newfstat
109    i386    olduname        sys_uname
110    i386    iopl            sys_iopl
111    i386    vhangup            sys_vhangup
112    i386    idle
113    i386    vm86old            sys_vm86old            sys32_vm86_warning
114    i386    wait4            sys_wait4            compat_sys_wait4
115    i386    swapoff            sys_swapoff
116    i386    sysinfo            sys_sysinfo            compat_sys_sysinfo
117    i386    ipc            sys_ipc                compat_sys_ipc
118    i386    fsync            sys_fsync
119    i386    sigreturn        sys_sigreturn            stub32_sigreturn
120    i386    clone            sys_clone            stub32_clone
121    i386    setdomainname        sys_setdomainname
122    i386    uname            sys_newuname
123    i386    modify_ldt        sys_modify_ldt
124    i386    adjtimex        sys_adjtimex            compat_sys_adjtimex
125    i386    mprotect        sys_mprotect
126    i386    sigprocmask        sys_sigprocmask            compat_sys_sigprocmask
127    i386    create_module
128    i386    init_module        sys_init_module
129    i386    delete_module        sys_delete_module
130    i386    get_kernel_syms
131    i386    quotactl        sys_quotactl            sys32_quotactl
132    i386    getpgid            sys_getpgid
133    i386    fchdir            sys_fchdir
134    i386    bdflush            sys_bdflush
135    i386    sysfs            sys_sysfs
136    i386    personality        sys_personality
137    i386    afs_syscall
138    i386    setfsuid        sys_setfsuid16
139    i386    setfsgid        sys_setfsgid16
140    i386    _llseek            sys_llseek
141    i386    getdents        sys_getdents            compat_sys_getdents
142    i386    _newselect        sys_select            compat_sys_select
143    i386    flock            sys_flock
144    i386    msync            sys_msync
145    i386    readv            sys_readv            compat_sys_readv
146    i386    writev            sys_writev            compat_sys_writev
147    i386    getsid            sys_getsid
148    i386    fdatasync        sys_fdatasync
149    i386    _sysctl            sys_sysctl            compat_sys_sysctl
150    i386    mlock            sys_mlock
151    i386    munlock            sys_munlock
152    i386    mlockall        sys_mlockall
153    i386    munlockall        sys_munlockall
154    i386    sched_setparam        sys_sched_setparam
155    i386    sched_getparam        sys_sched_getparam
156    i386    sched_setscheduler    sys_sched_setscheduler
157    i386    sched_getscheduler    sys_sched_getscheduler
158    i386    sched_yield        sys_sched_yield
159    i386    sched_get_priority_max    sys_sched_get_priority_max
160    i386    sched_get_priority_min    sys_sched_get_priority_min
161    i386    sched_rr_get_interval    sys_sched_rr_get_interval    compat_sys_sched_rr_get_interval
162    i386    nanosleep        sys_nanosleep            compat_sys_nanosleep
163    i386    mremap            sys_mremap
164    i386    setresuid        sys_setresuid16
165    i386    getresuid        sys_getresuid16
166    i386    vm86            sys_vm86            sys32_vm86_warning
167    i386    query_module
168    i386    poll            sys_poll
169    i386    nfsservctl
170    i386    setresgid        sys_setresgid16
171    i386    getresgid        sys_getresgid16
172    i386    prctl            sys_prctl
173    i386    rt_sigreturn        sys_rt_sigreturn        stub32_rt_sigreturn
174    i386    rt_sigaction        sys_rt_sigaction        compat_sys_rt_sigaction
175    i386    rt_sigprocmask        sys_rt_sigprocmask
176    i386    rt_sigpending        sys_rt_sigpending        compat_sys_rt_sigpending
177    i386    rt_sigtimedwait        sys_rt_sigtimedwait        compat_sys_rt_sigtimedwait
178    i386    rt_sigqueueinfo        sys_rt_sigqueueinfo        compat_sys_rt_sigqueueinfo
179    i386    rt_sigsuspend        sys_rt_sigsuspend
180    i386    pread64            sys_pread64            sys32_pread
181    i386    pwrite64        sys_pwrite64            sys32_pwrite
182    i386    chown            sys_chown16
183    i386    getcwd            sys_getcwd
184    i386    capget            sys_capget
185    i386    capset            sys_capset
186    i386    sigaltstack        sys_sigaltstack            compat_sys_sigaltstack
187    i386    sendfile        sys_sendfile            compat_sys_sendfile
188    i386    getpmsg
189    i386    putpmsg
190    i386    vfork            sys_vfork            stub32_vfork
191    i386    ugetrlimit        sys_getrlimit            compat_sys_getrlimit
192    i386    mmap2            sys_mmap_pgoff
193    i386    truncate64        sys_truncate64            sys32_truncate64
194    i386    ftruncate64        sys_ftruncate64            sys32_ftruncate64
195    i386    stat64            sys_stat64            sys32_stat64
196    i386    lstat64            sys_lstat64            sys32_lstat64
197    i386    fstat64            sys_fstat64            sys32_fstat64
198    i386    lchown32        sys_lchown
199    i386    getuid32        sys_getuid
200    i386    getgid32        sys_getgid
201    i386    geteuid32        sys_geteuid
202    i386    getegid32        sys_getegid
203    i386    setreuid32        sys_setreuid
204    i386    setregid32        sys_setregid
205    i386    getgroups32        sys_getgroups
206    i386    setgroups32        sys_setgroups
207    i386    fchown32        sys_fchown
208    i386    setresuid32        sys_setresuid
209    i386    getresuid32        sys_getresuid
210    i386    setresgid32        sys_setresgid
211    i386    getresgid32        sys_getresgid
212    i386    chown32            sys_chown
213    i386    setuid32        sys_setuid
214    i386    setgid32        sys_setgid
215    i386    setfsuid32        sys_setfsuid
216    i386    setfsgid32        sys_setfsgid
217    i386    pivot_root        sys_pivot_root
218    i386    mincore            sys_mincore
219    i386    madvise            sys_madvise
220    i386    getdents64        sys_getdents64            compat_sys_getdents64
221    i386    fcntl64            sys_fcntl64            compat_sys_fcntl64
# 222 is unused
# 223 is unused
224    i386    gettid            sys_gettid
225    i386    readahead        sys_readahead            sys32_readahead
226    i386    setxattr        sys_setxattr
227    i386    lsetxattr        sys_lsetxattr
228    i386    fsetxattr        sys_fsetxattr
229    i386    getxattr        sys_getxattr
230    i386    lgetxattr        sys_lgetxattr
231    i386    fgetxattr        sys_fgetxattr
232    i386    listxattr        sys_listxattr
233    i386    llistxattr        sys_llistxattr
234    i386    flistxattr        sys_flistxattr
235    i386    removexattr        sys_removexattr
236    i386    lremovexattr        sys_lremovexattr
237    i386    fremovexattr        sys_fremovexattr
238    i386    tkill            sys_tkill
239    i386    sendfile64        sys_sendfile64
240    i386    futex            sys_futex            compat_sys_futex
241    i386    sched_setaffinity    sys_sched_setaffinity        compat_sys_sched_setaffinity
242    i386    sched_getaffinity    sys_sched_getaffinity        compat_sys_sched_getaffinity
243    i386    set_thread_area        sys_set_thread_area
244    i386    get_thread_area        sys_get_thread_area
245    i386    io_setup        sys_io_setup            compat_sys_io_setup
246    i386    io_destroy        sys_io_destroy
247    i386    io_getevents        sys_io_getevents        compat_sys_io_getevents
248    i386    io_submit        sys_io_submit            compat_sys_io_submit
249    i386    io_cancel        sys_io_cancel
250    i386    fadvise64        sys_fadvise64            sys32_fadvise64
# 251 is available for reuse (was briefly sys_set_zone_reclaim)
252    i386    exit_group        sys_exit_group
253    i386    lookup_dcookie        sys_lookup_dcookie        compat_sys_lookup_dcookie
254    i386    epoll_create        sys_epoll_create
255    i386    epoll_ctl        sys_epoll_ctl
256    i386    epoll_wait        sys_epoll_wait
257    i386    remap_file_pages    sys_remap_file_pages
258    i386    set_tid_address        sys_set_tid_address
259    i386    timer_create        sys_timer_create        compat_sys_timer_create
260    i386    timer_settime        sys_timer_settime        compat_sys_timer_settime
261    i386    timer_gettime        sys_timer_gettime        compat_sys_timer_gettime
262    i386    timer_getoverrun    sys_timer_getoverrun
263    i386    timer_delete        sys_timer_delete
264    i386    clock_settime        sys_clock_settime        compat_sys_clock_settime
265    i386    clock_gettime        sys_clock_gettime        compat_sys_clock_gettime
266    i386    clock_getres        sys_clock_getres        compat_sys_clock_getres
267    i386    clock_nanosleep        sys_clock_nanosleep        compat_sys_clock_nanosleep
268    i386    statfs64        sys_statfs64            compat_sys_statfs64
269    i386    fstatfs64        sys_fstatfs64            compat_sys_fstatfs64
270    i386    tgkill            sys_tgkill
271    i386    utimes            sys_utimes            compat_sys_utimes
272    i386    fadvise64_64        sys_fadvise64_64        sys32_fadvise64_64
273    i386    vserver
274    i386    mbind            sys_mbind
275    i386    get_mempolicy        sys_get_mempolicy        compat_sys_get_mempolicy
276    i386    set_mempolicy        sys_set_mempolicy
277    i386    mq_open            sys_mq_open            compat_sys_mq_open
278    i386    mq_unlink        sys_mq_unlink
279    i386    mq_timedsend        sys_mq_timedsend        compat_sys_mq_timedsend
280    i386    mq_timedreceive        sys_mq_timedreceive        compat_sys_mq_timedreceive
281    i386    mq_notify        sys_mq_notify            compat_sys_mq_notify
282    i386    mq_getsetattr        sys_mq_getsetattr        compat_sys_mq_getsetattr
283    i386    kexec_load        sys_kexec_load            compat_sys_kexec_load
284    i386    waitid            sys_waitid            compat_sys_waitid
# 285 sys_setaltroot
286    i386    add_key            sys_add_key
287    i386    request_key        sys_request_key
288    i386    keyctl            sys_keyctl
289    i386    ioprio_set        sys_ioprio_set
290    i386    ioprio_get        sys_ioprio_get
291    i386    inotify_init        sys_inotify_init
292    i386    inotify_add_watch    sys_inotify_add_watch
293    i386    inotify_rm_watch    sys_inotify_rm_watch
294    i386    migrate_pages        sys_migrate_pages
295    i386    openat            sys_openat            compat_sys_openat
296    i386    mkdirat            sys_mkdirat
297    i386    mknodat            sys_mknodat
298    i386    fchownat        sys_fchownat
299    i386    futimesat        sys_futimesat            compat_sys_futimesat
300    i386    fstatat64        sys_fstatat64            sys32_fstatat
301    i386    unlinkat        sys_unlinkat
302    i386    renameat        sys_renameat
303    i386    linkat            sys_linkat
304    i386    symlinkat        sys_symlinkat
305    i386    readlinkat        sys_readlinkat
306    i386    fchmodat        sys_fchmodat
307    i386    faccessat        sys_faccessat
308    i386    pselect6        sys_pselect6            compat_sys_pselect6
309    i386    ppoll            sys_ppoll            compat_sys_ppoll
310    i386    unshare            sys_unshare
311    i386    set_robust_list        sys_set_robust_list        compat_sys_set_robust_list
312    i386    get_robust_list        sys_get_robust_list        compat_sys_get_robust_list
313    i386    splice            sys_splice
314    i386    sync_file_range        sys_sync_file_range        sys32_sync_file_range
315    i386    tee            sys_tee
316    i386    vmsplice        sys_vmsplice            compat_sys_vmsplice
317    i386    move_pages        sys_move_pages            compat_sys_move_pages
318    i386    getcpu            sys_getcpu
319    i386    epoll_pwait        sys_epoll_pwait
320    i386    utimensat        sys_utimensat            compat_sys_utimensat
321    i386    signalfd        sys_signalfd            compat_sys_signalfd
322    i386    timerfd_create        sys_timerfd_create
323    i386    eventfd            sys_eventfd
324    i386    fallocate        sys_fallocate            sys32_fallocate
325    i386    timerfd_settime        sys_timerfd_settime        compat_sys_timerfd_settime
326    i386    timerfd_gettime        sys_timerfd_gettime        compat_sys_timerfd_gettime
327    i386    signalfd4        sys_signalfd4            compat_sys_signalfd4
328    i386    eventfd2        sys_eventfd2
329    i386    epoll_create1        sys_epoll_create1
330    i386    dup3            sys_dup3
331    i386    pipe2            sys_pipe2
332    i386    inotify_init1        sys_inotify_init1
333    i386    preadv            sys_preadv            compat_sys_preadv
334    i386    pwritev            sys_pwritev            compat_sys_pwritev
335    i386    rt_tgsigqueueinfo    sys_rt_tgsigqueueinfo        compat_sys_rt_tgsigqueueinfo
336    i386    perf_event_open        sys_perf_event_open
337    i386    recvmmsg        sys_recvmmsg            compat_sys_recvmmsg
338    i386    fanotify_init        sys_fanotify_init
339    i386    fanotify_mark        sys_fanotify_mark        compat_sys_fanotify_mark
340    i386    prlimit64        sys_prlimit64
341    i386    name_to_handle_at    sys_name_to_handle_at
342    i386    open_by_handle_at    sys_open_by_handle_at        compat_sys_open_by_handle_at
343    i386    clock_adjtime        sys_clock_adjtime        compat_sys_clock_adjtime
344    i386    syncfs            sys_syncfs
345    i386    sendmmsg        sys_sendmmsg            compat_sys_sendmmsg
346    i386    setns            sys_setns
347    i386    process_vm_readv    sys_process_vm_readv        compat_sys_process_vm_readv
348    i386    process_vm_writev    sys_process_vm_writev        compat_sys_process_vm_writev
349    i386    kcmp            sys_kcmp
350    i386    finit_module        sys_finit_module
351    i386    sched_setattr        sys_sched_setattr
352    i386    sched_getattr        sys_sched_getattr
353    i386    renameat2        sys_renameat2
354    i386    seccomp            sys_seccomp
355    i386    getrandom        sys_getrandom
356    i386    memfd_create        sys_memfd_create
357    i386    bpf            sys_bpf
系统调用

使用库函数触发一个系统调用

在这里我们选用的是:20   getpid

getpid(取得进程识别码)

相关函数: fork,kill,getpid

表头文件: #include<unistd.h>

定义函数: pid_t getpid(void);

函数说明:

getpid()用来取得目前进程的进程识别码,许多程序利用取到的此值来建立临时文件,以避免临时文件相同带来的问题。

返回值: 目前进程的进程识别码

我写了一个函数来触发getpid的系统调用:

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 
 4 int main()
 5 {
 6     pid_t pid;
 7     
 8     pid = getpid();
 9     printf("pid = %d\n",pid);
10     
11     return 0;
12 }
getpid.c

实验截图:

C代码中嵌入汇编代码的写法

内嵌汇编语法

linux系统调用_第2张图片

linux系统调用_第3张图片

什么是用户态和内核态?

一般现代CPU都有几种不同的指令执行级别

在高执行级别下,代码可以执行特权指令,访问任意的物理地址,这种CPU执行级别就对应着内核态

而在相应的低级别执行状态下,代码的掌控范围会受到限制。只能在对应级别允许的范围内活动

举例:

intel x86 CPU有四种不同的执行级别0-3,Linux只使用了其中的0级和3级分别来表示内核态和用户态

 

cs寄存器的最低两位表明了当前代码的特权级

CPU每条指令的读取都是通过cs:eip这两个寄存器:其中cs是代码段选择寄存器,eip是偏移量寄存器。

上述判断由硬件完成

一般来说在Linux中,地址空间是一个显著的标志:

0xc0000000以上的地址空间只能在内核态下访问,0x00000000-0xbfffffff的地址空间在两种状态下都可以访问

注意:这里所说的地址空间是逻辑地址而不是物理地址

 

用户态 vs 内核态

从用户态切换到内核态时必须保存用户态的寄存器上下文

中断/int指令会在堆栈上保存一些寄存器的值

如:用户态栈顶地址、当时的状态字、当时的cs:eip的值

 

保护现场和恢复现场

保护现场 就是 进入中断程序 保存 需要用到的 寄存器 的 数据,

恢复现场 就是 退出中断程序 恢复 保存 寄存器 的 数据,

linux系统调用_第4张图片linux系统调用_第5张图片

 

引入虚拟内存是因为物理内存有限,是一种稀缺资源,并且有局部性原理,即空间局部性、时间局部性

 

进程的地址空间

独立的地址空间(32位,4GB),每个进程一个

在Linux中,3G以上是内核空间,3G以下是用户空间

4G的进程地址空间使用进程私有的二级页表进行地址转换(虚拟地址物理地址)

页面大小:4KB  ,页目录、页表  ,若对应的内容在内存中,则对应的二级页表项记录相应的物理页框信息,否则根据需要进行装载或者出错处理

进程调度后,执行一个新的被调度的进程之前,要先进行页表切换

 

Linux中的内核空间

每个进程3G以上的空间用作内核空间

从用户地址空间进入内核地址空间不经过页表切换

而是通过中断/异常/系统调用入口(也只能如此)

 

使用嵌入式汇编代码触发同一个系统调用

代码如下:

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 
 4 int main()
 5 {
 6     pid_t pid;
 7     
 8     asm volatile(
 9         "movl $0,%%ebx\n\t"
10         "movl $0x14,%%eax\n\t"
11         "int $0x80\n\t"
12         "movl %%eax,%0\n\t"
13         :"=m"(pid)
14         );
15     printf("pid = %d\n",pid);
16     
17     return 0;
18 }
getpid-asm.c

实验截图如下:

linux系统调用_第6张图片

 linux系统调用_第7张图片

 

系统调用在内核代码中的处理过程

我选其中的嵌入汇编部分来分析:

asm volatile(
  "movl $0,%%ebx\n\t"
  "movl $0x14,%%eax\n\t"
  "int $0x80\n\t"
  "movl %%eax,%0\n\t"
  :"=m"(pid)
  );

嵌入汇编的格式和我们平常的汇编不太一样

第一句"movl $0,%%ebx\n\t" 是系统调用传递第一个参数使用ebx,这里是NULL。

第二句 "movl $0x14,%%eax\n\t" 使用eax传递系统调用号,这里getpid是20

第三句 "int $0x80\n\t" 是一条AT&T语法的中断指令,用于Linux的系统调用。通过int 0x80 软中断实现用户空间与内核空间的交互。

第四句 "movl %%eax,%0\n\t" 因为系统调用的返回值使用eax存储,和普通函数一样。这一句是把返回值给pid

第五句 :"=m"(pid)    m表示内存变量,=表示操作数在指令中是只写的

:以后就按0,1,2,3.....进行标号,这里"=m"(pid)是冒号后的第一个,所以标号是0,第四句的%0就是指pid

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