Linux内核学习笔记（七）系统调用

最新推荐文章于 2024-04-13 20:13:52 发布

胡LiuJia

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分类专栏：读书笔记 kernel 文章标签： Linux内核系统调用软中断 POSIX

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/damontive/article/details/80512093

本文详细介绍了Linux系统调用的工作原理，包括API、POSIX标准与C库的关系，系统调用处理程序的执行过程，以及内核线程如何访问系统调用。用户空间通过C库的API间接调用系统调用，系统调用号在sys_call_table中映射到相应的处理函数。软中断、sysenter和syscall是进入内核执行系统调用的途径，而参数和返回值通过CPU寄存器传递。

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综述

用户空间进程通过内核提供的一套接口和系统进行交互，这些接口让用户空间进程能够受控地访问系统资源、创建新的进程以及和其他进程通信等。受控表示用户进程不能不受限制地做任何想做的事情，这对保证系统的稳定非常关键。在Linux系统中，系统调用是除了exception和trap之外用户空间和内核交互的唯一方式。

API，POSIX 和 C Library

API（Application Programming Interface）定义了一套给应用程序使用的编程接口，应用程序不会直接访问系统调用，而是通过API来间接的访问系统调用。一个API可以使用一个系统调用实现，也可以同时使用多个系统调用来实现，也可以不使用任何系统调用。相同的API可以同时在多个不同的系统中存在，它们为用户程序提供相同的接口，但是相同的API在不同系统上的具体实现则可能大相径庭。

Unix中最常见的API是基于POSIX标准的，Linux尽力与POSIX标准兼容。POSIX是一个很好的用来说明API和系统调用关系的例子，在绝大多数Unix系统中，POSIX标准定义的API和Unix的系统调用有很大关联，因为POSIX标准就是参照早期的Unix系统来制定的，Windows操作系统也提供了与POXIS兼容的库。

这里要说明两个容易混淆的概念：系统调用（system call）和系统调用接口（system call interface）。前者就是我们说的系统调用，但是系统调用并不是和API一样可以直接调用的，需要直接和CPU打交道，比如一种实现方式是通过汇编指令int $0x80来触发软中断，此外，还需要通过汇编指令来填充CPU的寄存器。Linux为我们提供了这些操作的宏定义，但是在应用中直接使用这些宏定义还是很麻烦的，所以Linux为我们提供了系统调用接口作为系统调用的封装函数（Wrapper Routine）来帮助我们轻松地访问系统调用。我们平时使用的如open()，fork()都是封装了系统调用的系统调用接口。

Linux和大部分Unix系统的系统调用接口都由C库（C library，Linux中最常见实现的为glibc）提供，Linux中的C库同时包括了C语言标准库（standard C library）和系统调用接口。此外，Linux的C库还提供了POSIX表中规定的绝大部分API。

系统调用

Linux下的应用程序通常通过C库提供的API来访问系统调用系统调用，系统调用会返回一个long型的返回值，0通常表示成功，负数通常代表出错。C库的API实现在系统调动返回了一个错误时，会将一个特殊的错误码写到全局变量errno中，通过库函数perror()可以将这个错误码翻译为用户可以理解的错误提示。

Linux会给每个系统调用分配一个系统调用号（syscall number），这个全局唯一的调用号指向对应的系统调用函数。当用户程序发起系统调用时，系统调用号就被用来表明要执行哪一个系统调用，进程不能通过系统调用的名称来访问系统调用，必