使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用

余星光 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、实验目的

使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用

二、预备知识

2.1 什么是系统调用：

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

2.2 系统调用的意义：

1）把用户从底层的硬件编程中解放出来

2）极大的提高了系统的安全性

3）使用户程序具有可移植性

2.3 API和系统调用

1）应用程序接口（API）和系统调用是不同的，API只是一个函数定义；系统调用时通过向内核发出一个明确的请求

2）libc库定义的一些API引用了封装例程，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

3）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。

4）返回值：大部分封装例程返回一个整数，其值得含义依赖于相应的系统调用；-1在大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

2.4 系统调用程序及服务例程

1）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

2）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）

3）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、包含指向用户态函数的指针的数据结构的地址

4）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。

三、实验过程

3.1 使用库函数API使用系统调用

3.2 C代码中嵌入汇编代码使用系统调用

系统调用号放在eax中，系统调用的参数按照顺序分别放在ebx、ecx、edx、esi、edi及ebp中，返回值使用eax传递。中断是用户态进入内核态的唯一方式，使用int 0x80触发中断，然后中断处理程序保存现场，进程陷入内核态。

3.3 运行截图

四、总结

系统调用是用户态与内核态的桥梁，通过本次实验，我明白了系统调用的整个工作机制是怎样的：应用程序在用户态调用API函数，该函数将对应的系统调用号及参数保存，触发软中断，然后陷入内核态，system_call根据系统调用号调用对应的内核函数，内核函数执行完毕后将结果存放的eax中并返回给程序，程序返回的用户态。