调用门之系统调用例如“msleep（）”具体实现

🧩 总结

你的系统调用流程长这样：

1. 用户态：

   • first_main里调用msleep()；
   • 函数 sys_call() 构造参数；
   • 执行 lcall 调用门。

2. CPU：

   • 查找调用门，进入 GDT 中设置的目标（exception_handler_syscall）；
   • 切换特权级；
   • 自动压栈 CS/EIP/EFLAGS；
   • 跳到偏移 0，即执行 exception_handler_syscall。

3. 内核态：

   • 保存上下文；
   • 设置段寄存器；
   • 调用 do_handler_syscall() 真正处理系统调用。

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这段代码是一个自定义的系统调用包装函数，使用了 调用门（call gate） 来从用户空间进入内核态执行系统调用。下面是详细解析：

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📌 函数功能

static inline int sys_call (syscall_args_t * args);

这个函数通过 lcall 指令（长调用）和调用门机制，将系统调用的参数传入内核态，执行指定系统调用，并返回结果。

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📦 参数结构

syscall_args_t * args;

这个结构体应包含如下字段（从代码可以推断）：

typedef struct {
    int id;
    unsigned long arg0;
    unsigned long arg1;
    unsigned long arg2;
    unsigned long arg3;
} syscall_args_t;

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🔐 调用门地址定义

const unsigned long sys_gate_addr[] = {0, SELECTOR_SYSCALL | 0}; 

这是调用门的“伪指针”，lcall 使用的格式是段选择子（selector）+ 偏移地址（offset）。这里偏移是 0，选择子是 SELECTOR_SYSCALL | 0，后者假设是定义在 GDT（全局描述符表）中的一个 调用门 条目，权限为 0（即内核级）。

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🎯 调用门的好处

• 调用门是 x86 实模式/保护模式提供的一种机制，允许从低权限代码（比如用户态）安全地跳转到高权限代码（比如内核态）。
• 参数通过压栈的方式传入调用门，因此内核代码可以直接从栈中读取参数，无需再从寄存器取。
• 相比传统寄存器传参、软件中断（如 int 0x80），这种方式更安全、可控。

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🧠 汇编部分解释

push %[arg3]
push %[arg2]
push %[arg1]
push %[arg0]
push %[id]
lcalll *(%[gate])

这一串汇编做了以下事：

1. 将 syscall_args_t 的参数逆序压栈。
2. 最后使用 lcall（带远调用门）调用内核中的系统调用入口函数。

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📤 返回值

:"=a"(ret)

这是 GCC 的内联汇编语法，"=a" 表示输出结果放在 EAX 寄存器中，ret 用来接收系统调用返回值。

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✅ 小结

这个 sys_call() 函数是一个基于调用门机制的系统调用封装实现：

这是一个非常好的问题，涉及到调用门机制与中断/异常处理的统一框架。虽然你用的是 lcall（调用门），但为什么最后还是会跳转到一个像 exception_handler_syscall 的异常处理器？我们来分析一下背后的机制。

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🔍 一句话解释

你的调用门设置的目标地址（GDT 中的段描述符）其实指向了 exception_handler_syscall 函数，所以 lcall 执行时，就直接跳到这个汇编入口了。

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🧠 执行流程详解

1. sys_call() 调用：

lcalll *(%[gate])    // 实际执行的是长调用到某个调用门

它跳转到了一个内核态段（通过 GDT 设置的调用门），偏移为 0。

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2. GDT 设置了调用门

在你的系统中，GDT 中有一个调用门，大概是这样设置的（在 C 或汇编中初始化）：

set_call_gate(GDT[SYSCALL_INDEX], KERNEL_CS, exception_handler_syscall, DPL_USER);

意思是：

• 用户态可以通过调用门执行 lcall；
• CPU 自动切换到内核栈、内核段；
• 跳转到 exception_handler_syscall 函数。

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3. exception_handler_syscall 是真正的系统调用入口

这段代码就像中断或异常的处理器：

exception_handler_syscall:
    pusha               ; 保存所有通用寄存器
    push %ds
    push %es
    push %fs
    push %gs
    pushf

    mov $(KERNEL_SELECTOR_DS), %eax
    mov %eax, %ds
    mov %eax, %es
    mov %eax, %fs
    mov %eax, %gs

• 做了标准的上下文保护；
• 设置段寄存器为内核数据段，避免使用用户空间的段；
• 调用你真正的系统调用处理函数：

    mov %esp, %eax
    push %eax                  ; syscall_args_t 结构体所在地址
    call do_handler_syscall    ; 真正的系统调用处理器

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🧩 总结

你的系统调用流程长这样：

1. 用户态：

   • 函数 sys_call() 构造参数；
   • 执行 lcall 调用门。

2. CPU：

   • 查找调用门，进入 GDT 中设置的目标（exception_handler_syscall）；
   • 切换特权级；
   • 自动压栈 CS/EIP/EFLAGS；
   • 跳到偏移 0，即执行 exception_handler_syscall。

3. 内核态：

   • 保存上下文；
   • 设置段寄存器；
   • 调用 do_handler_syscall() 真正处理系统调用。

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🧪 提示调试方法

你可以检查你在设置调用门时，是否使用了类似：

set_call_gate(&gdt[SYSCALL_INDEX], selector_code_kernel, (unsigned)exception_handler_syscall, DPL_USER);

如果你能看到这个设置，那就能确认 lcall 会跳转到 exception_handler_syscall。