标准库是如何发起系统调用的

最新推荐文章于 2025-01-11 20:17:34 发布

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#系统调用-标准库

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本文探讨了应用程序如何通过标准库发起系统调用，以uClibc中的socket函数为例，详细解释了标准库如何解析系统调用名并进入内核的过程，涉及到的步骤包括函数调用、宏展开、系统调用号转换以及不同体系结构（如MIPS、ARM）的系统调用方式。对于未在标准库中定义的系统调用，可以直接使用syscall()函数进行调用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

应用程序在发起某个系统调用时，是先调用标准库中的同名函数，标准库再根据不同体系结构来选择特定的方式陷入内核。

以socket库函数为例（以下均为uClibc中的实现），来说明标准库是如何一步步解析系统调用名并进入内核的：

socket系统调用号：

#define __NR_socket (4000 + 183)

socket()函数的实现就是下面的函数：

_syscall3(int, socket, int, family, int, type, int, protocol)

这个函数调用下面的宏：

SYSCALL_FUNC(3, int, socket, int, family, int, type, int, protocol)

宏展开就成了：

int socket(C_DECL_ARGS_3(int, family, int, type, int, protocol)) {                  \
    return (type)INLINE_SYSCALL(socket, 3, C_ARGS_3(int, family, int, type, int, protocol));    \
}

这里会把类型和参数名之间的逗号去掉，参数名增加两个：系统调用名字和参数个数，于是进一步展开得到：

int socket(int family, int type, int protocol) {                    \
    return (int)INLINE_SYSCALL(socket, 3, family, type, protocol);  \
}

INLINE_SYSCALL的定义仍是一个宏：
INLINE_SYSCALL_NCS(__NR_socket, 3, family, type, protocol)
宏展开，系统调用名改为系统调用号，增加一个err参数：

INTERNAL_SYSCALL_NCS(__NR_socket, err, 3, family, type, protocol)

根据参数个数3找到internal_syscall3，其定义如下，前三个参数用在内嵌汇编里所以看起来有点奇怪，实际上就是直接替换：

internal_syscall3( = __NR_socket, ,"r" (__v0), err, family, type, protocol)
!
({                                  \
    long _sys_result;                       \
                                    \
    {                               \
    register ARG_TYPE __v0 __asm__("$2") = __NR_socket;            \
    register ARG_TYPE __a0 __asm__("$4") = (ARG_TYPE) arg1;        \
    register ARG_TYPE __a1 __asm__("$5") = (ARG_TYPE) arg2;        \
    register ARG_TYPE __a2 __asm__("$6") = (ARG_TYPE) arg3;        \
    register ARG_TYPE __a3 __asm__("$7");              \
    __asm__ __volatile__ (                      \
    ".set\tnoreorder\n\t"                                               \
    "syscall\n\t"                           \
    ".set\treorder"                     \
    : "=r" (__v0), "=r" (__a3)                  \
    : input, "r" (__a0), "r" (__a1), "r" (__a2)         \
    : __SYSCALL_CLOBBERS);                      \
    err = __a3;                         \
    _sys_result = __v0;                     \
    }                               \
    _sys_result;                            \
})

上面的过程就是保存参数，传入系统调用号，执行syscall指令，进入内核态，并准备接收两个返回值：错误码和结果。这里陷入内核的过程是体系结构相关的，上述为MIPS的做法，而ARM中是通过swi指令陷入软中断来完成的。

进入到内核之后的工作以及如何返回到用户态，可以参考MIPS中的系统调用这篇文章中的介绍。

如果在标准库中没有定义某个系统调用的同名函数，可以直接通过syscall()，例如获取线程tid的系统调用gettid，其系统调用号为224，但uClibc中并没有定义gettid()库函数，则可以通过syscall(224)使用该系统调用。而对于用户自定义的系统调用（当然不建议这样做），也只能用syscall()。