哈工大李治军操作系统--操作系统基础(系统调用)

系统调用就是上层应用调用操作系统提供的接口(一些函数)。POSIX就是一种接口标准。中断(系统调用使用int 0x80)是硬件提供的用户态进入内核态的唯一方式。
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系统调用详细过程

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参看上图系统调用过程,要从库函数write说起,write库函数其实就是调用了linux/include/unistd.h中的_syscall3宏。
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linux/include/unistd.h中的_syscall3如下。
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经write库函数来到_syscall3宏,"_syscall3"中的3代表3个参数,
type=int, name=write, atype=int, btype=const char *,
b=buf, ctype=off_t, c=count

int write(int fd, const char * buf, off_t count){
	long __res;
	// 内嵌汇编翻译,int 0x80中断,返回结果放在eax,最终给__res(mov %eax,__res)
	mov __NR_write,%eax
	mov fd,%ebx
	mov buf,%ecx
	mov count,%edx
	...
}

注意上述代码是把系统调用号__NR_write写入eax寄存器,并在ebx,
ecx,edx寄存器中传入参数,调用0x80号中断进入内核完成系统调用。

__NR_write也是在linux/include/unistd.h中定义的,如下图。

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int 0x80需要查询中断表IDT,找到对应的中断门。而内核初始化的时候,恰好设置了0x80号中断对应的中断门。在文件linux/init/main.c中132行调用了sched_init()函数,而sched_init()函数在linux/kernel/sched.c中,sched_init()函数最后一行代码就是设置0x80号对应的中断门描述符,如下图。
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set_system_gate在linux/include/asm/system.h中,如下,就是设置中断门描述符的,段选择子设为0x8,段内偏移设置为&system_call(中断处理函数地址),DPL设为了3。而用户态CPL=3,正好可使用该中断门,而该中断门里面的段选择子是0x8,0x8对应的二进制是b0000_0000_0000_1_0_00,对应的CPL=0,于是乎进入内核态。在中断程序执行完之后,CPL会设置为3,回到用户态。
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中断处理程序就是linux/kernel/system_call.s,如下。
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在linux/include/linux/sys.h中,对应了系统调用的所有函数列表,如下。
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到此,就要开始真正去调用sys_write了,而sys_write内部是怎么样的呢?后面课程会讲。

系统调用大致过程

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参考资料

[1] 中国大学MOOC《操作系统》李治军 哈尔滨工业大学
[2] 《Linux内核完全注释》赵炯
[3] BIOS中断大全
[4] 汇编语言最全指令表
[5] 《x86汇编语言:从实模式到保护模式》李忠 著
[6] https://blog.youkuaiyun.com/ccnuacmhdu/article/details/104946213

### 哈工大操作系统实验3课程资料解析 #### 实验背景概述 哈工大操作系统的实验系列由治军老师设计并提供支持,旨在帮助学生深入了解 Linux 内核的工作机制及其底层实现细节。实验三通常围绕进程管理和调度展开,重点在于让学生熟悉 Linux 进程创建、销毁及相关系统调用的实现过程[^1]。 #### 关键知识点总结 在实验三中,主要涉及以下几个方面的内容: 1. **fork() 系统调用**:用于创建新进程。通过分析 `kernel/fork.c` 文件中的代码,了解父进程如何复制其地址空间给子进程。 2. **execve() 系统调用**:负责加载新的程序到当前进程中执行。此部分需要阅读 `fs/exec.c` 中的相关源码。 3. **exit() 和 wait() 系统调用**:分别处理进程退出和等待子进程结束的功能。这些功能实现在 `kernel/exit.c` 和 `kernel/sched.c` 中。 4. **进程状态转换**:深入探讨进程的状态变化(运行态、就绪态、阻塞态),并通过调试工具观察实际运行情况。 以下是 fork 的核心逻辑示例代码片段: ```c asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs) { return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, &regs, 0); } ``` 上述代码展示了如何利用 `_syscall` 宏定义来简化用户层对内核服务接口的访问方式[^2]。 #### 配套环境搭建建议 由于 Linux 0.11 是早期版本的操作系统内核,在现代开发环境中无法直接编译运行。因此推荐使用 GCC 3.4 编译器配合 Bochs 或 QEMU 虚拟机模拟真实硬件平台完成整个构建流程[^3]。 #### 学习资源扩展 除了官方文档外,还可以参考以下补充材料进一步巩固所学知识: - 视频教程:关注 Bilibili 上关于嵌入式编程方向的内容创作者分享的经验贴; - 推荐书籍《Linux设备驱动程序》第三版作为辅助读物加深理解; - 访问 HIT OS Lab 官方网站获取最新动态更新和技术博客文章。
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