操作系统接口&系统调用的实现

接口

连接两个东西，信号转换，屏蔽细节…

操作系统接口

连接上层用户和操作系统软件，方便了使用，屏蔽了细节。

操作系统接口的形式

为应用层提供一些重要的函数，如printf，write，read等。接口表现为函数调用，又由系统提供，所以称为系统调用（system call）。

操作系统接口的一个标准 POSIX

实现POSIX标准中要求的接口的操作系统，应用程序可以在它们之上无差别运行。

系统调用的实现思路

走系统调用这条路更加安全，如果对访问所有内存都不做区分，那么用户可以随意调用数据。随机jmp。甚至可以看到root密码并修改它。
操作系统将内核程序和用户程序隔离，设计出内核态和用户态。用户态必须通过系统调用才能进入内核态执行。用户态执行在用户段下
内核态执行在内核段下。
为了区分内核态和用户态，需要有一种处理器硬件设计，也就是处理器保护环：

硬件提供了主动进入内核的方法：
对于Intel x86，那就是中断指令：

• int int指令将使CS中的CPL改成0， “进入内核
• 这是用户程序发起的调用内核代码的唯一方式 (此时，CPL=3而 DPL=0)

系统调用的核心就是：

• 用户程序中包含一段有int指令的代码
• 操作系统中事先有中断处理函数，int指令后面就是这个处理函数所在的编号
• 操作系统根据编号执行相应的中断处理函数

实际上 这个编号是固定的，系统调用的中断号为0x80

系统调用具体实现

以printf为例，应用程序调用printf，库函数printf内部有调用库函数write()，改函数内部会做系统调用write，在linux/lib/write.c中

#include <unistd.h>
_syscall3(int, write, int, fd, const char* buf, off_t, count)

#define _syscall3(type, name, atype,a,btype,b,ctype,c)	\
								 type name(atype a, btype b, ctype c) \
								{ 
										long __res;	\
										__asm__ volatile(
											"int 0x80"
										: "=a"(__res)
										: "" (__NR_#name),"b"((long)(a)),"c"((long)(b)), "d"((long)(c));
										:);
										if(__res >=0 )
											return (type) __resl
										errno=-__res;
										return -1;
								}

这段内嵌汇编，主要是将__NR_write放入eax中，a,b,c三个参数分别放到ebx,ecx,edx中。
__NR_write是以宏定义的形式放在unistd.h中的，值为4，这个号码指示了系统调用应该去执行write对应的处理函数。
函数处理完成后，返回值在eax中，通过__res变量拿到，最后return出去。
只要是三个参数的系统调用都可以使用_syscall3宏
现在来揭晓这段代码可以运作的前提

void sched_init(void)
{
	set_system_gate(0x80, &system_call;
}

sched_init中将0x80号中断处理函数设为system_call了。做这件事情的函数叫做set_system_gate，它的本质是设置中断向量表中的0x80所代表的表项,设置该表项中的各个字段，尤其是处理函数的入口点偏移为system_call的地址值
linux/include/asm/system.h

#define set_system_gate(n, addr)	\
		_set_gate(&idt[n], 15, 3,addr);		//idt是中断向量表的基址

#define _set_gate(gate_addr, type, dpl, addr)\
		__asm__(
			"movw %%dx, %%ax \n\t"
			"movw %0, %%dx\n\t"
			"movl %%eax, %1\n\t"
			"movl %%edx, %2"
			: 
			: "i"( (short)(0x8000+(dpl<<13)+type<<8)), "o"(*((char*)(gate_addr))), "o"(*(4+(char*)(gate_addr))),\
				 "d"((char*)(addr))), "a"(0x00080000))
		    );

整个过程的流程图