系统调用原理

系统调用

系统调用是应用程序和操作系统内核的接口，无论程序是直接进行系统调用还是通过运行库，最终还是会到达系统调用层面上。

之所以要系统调用，是因为现在操作系统都将可能产生冲突的系统资源给保护起来，组织应用程序直接访问。这些系统资源包括文件、网络、IO、各种设备等。所有的这些操作都必须经由操作系统所规定的方式来进行。

在Linux中系统调用使用0x80中断作为系统调用的入口，Windows采用0x2E中断作为入口。

Linux系统调用

在x86下，系统调用由0x80中断完成，各个通用寄存器用于传递参数，EAX寄存器用于表示系统调用的接口号，比如eax = 1 表示进程退出(exit)，eax = 2 表示创建进程(fork).Linux系统调用与eax对应如下：

EAX	SYSTEM CALL
1	Exit
2	Fork
3	Read
4	Write
5	Open
6	Close
7	Waitpid
8	Create

系统调用还涉及权限管理(sys_setuid等)、定时器(sys_timer_create)、信号(sys_sigaction)、网络(sys_epoll)等，这些系统可以在程序中直接使用。

系统调用弊端        

使用不便

各个操作系统不兼容

于是，运行库就出现了。运行库特点：

使用简便

形式统一

系统调用原理

现在的CPU可以在不同的特权级别下执行指令，通常有两种特权级别，分别为用户模式(User Mode)和内核模式(Kernel Mode)，也称用户态和内核态。系统调用是运行在内核态的，而应用程序基本是运行在用户态的。操作系统一般通过中断从用户态到内核态的。

中断一般具有两个属性，一个是中断号，一个是中断处理程序(Interrupt Service Routine,ISR)。不同的中断具有不同的中断号，而同时一个中断处理程序一一对应一个中断号。

通常意义下，中断有两种类型，一种成为硬件中断，这种中断来自于硬件的异常或者其他事件发生。另一种成为软件中断，软件中断通常是一条指令(i386下是int),带有一个参数记录中断号，使用这条指令可以触发中断并执行中断处理程序。例如在i386下，int 0x80会调用0x80号中断处理程序。

由于中断号有限，系统调用通常是用同一个中断号来对应的。用系统调用号来区分具体是哪个系统调用，例如Linux中fork的系统调用号是2，系统调用号是通过eax寄存器传入的。

系统调用过程

1      中断调用

2      切换堆栈：在Linux中，用户态和内核态使用的是不同的堆栈，两者各自负责各自的函数调用互不干扰。但在电泳0x80号中断时，程序从用户态切换到内核态，这是当前栈必须从用户栈切换到内核栈。当中断返回时，程序需要从内核栈切换到用户栈。