Linux內(nèi)核設(shè)備驅(qū)動(dòng)之系統(tǒng)調(diào)用筆記整理

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 * 系統(tǒng)調(diào)用
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(1)什么是系統(tǒng)調(diào)用

系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核和應(yīng)用程序間的接口，應(yīng)用程序要訪問硬件設(shè)備和其他操作系統(tǒng)資源，必須通過系統(tǒng)調(diào)用來完成。

在linux中，系統(tǒng)調(diào)用是用戶空間訪問內(nèi)核的唯一手段，除異常和中斷外，他們是內(nèi)核唯一的合法入口。系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)量很少，在i386上只有大概300個(gè)左右。

(2)c庫(kù)和系統(tǒng)調(diào)用的關(guān)系

應(yīng)用程序員通過C庫(kù)中的應(yīng)用程序接口(API)而不是直接通過系統(tǒng)調(diào)用來編程。C庫(kù)中的函數(shù)可以不調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，也可以只是簡(jiǎn)單封裝一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，還可以通過調(diào)用多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能。

應(yīng)用程序-->C庫(kù)-->內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用

從程序員的角度來看，系統(tǒng)調(diào)用無(wú)關(guān)緊要，他們只需要跟API打交道就可以了；

從內(nèi)核的角度來看，內(nèi)核只跟系統(tǒng)調(diào)用打交道，庫(kù)函數(shù)及應(yīng)用程序怎么使用系統(tǒng)調(diào)用不是內(nèi)核所關(guān)心的。

unix的系統(tǒng)調(diào)用抽象出了用于完成某種特定目的的函數(shù)，而怎么使用這些函數(shù)則是用戶的事情，內(nèi)核并不關(guān)心。

(3)在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)

在用戶空間中使用系統(tǒng)調(diào)用例子

#include <unistd.h>
getpid();

經(jīng)過glibc庫(kù)的封裝，最終會(huì)調(diào)用內(nèi)核中kernel/timer.c中的函數(shù)sys_getpid。見該函數(shù)。內(nèi)核中所有的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)都用sys_開頭。

• asmlinkage  通知編譯器，使用局部堆棧來傳遞參數(shù)
• FASTCALL宏  通知編譯器，使用寄存器來傳遞參數(shù)

(4)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)

因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用要從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間，所以不可能通過簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用完成，必須通過一些處理器支持的特殊機(jī)制(所謂的軟中斷)。

在x86上，這一特殊機(jī)制就是匯編指令int $0x80， 而在arm上，就是匯編指令SWI。

這條指令被封裝到C庫(kù)中的函數(shù)里，當(dāng)程序執(zhí)行到這一條指令后，cpu會(huì)進(jìn)入一個(gè)特殊的異常模式(或軟中斷模式)，并將程序指針跳轉(zhuǎn)到特點(diǎn)的位置(如arm為中斷向量表的0x8處)。

內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)了很多的系統(tǒng)調(diào)用，這些系統(tǒng)調(diào)用的地址被按順序放在一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用表中，這個(gè)表是一個(gè)名為sys_call_table的數(shù)組，共有NR_syscalls個(gè)表項(xiàng)。通過這個(gè)表，就可以調(diào)用到內(nèi)核定義的所以sys_函數(shù)

調(diào)用匯編指令int $0x80 或SWI 時(shí)，要同時(shí)傳遞一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)將作為索引，從sys_call_table中選擇對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用。

int80將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)保存在eax寄存器中，而SWI將其直接集成在指令中(如SWI 0x124)。

(5)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

內(nèi)核中處理系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)定義在arch/i386/kernel/entry.s中的system_call，而arm系統(tǒng)在arch/arm/kernel/entry-common.s中的vector_swi。x86系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用表定義在arch/i386/kernel/syscall_table.s(或直接定義在entry.s)中，而arm定義在arch/arm/kernel/calls.s中系統(tǒng)調(diào)用號(hào)定義在include/asm/unistd.h中

(6)要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用需注意哪些方面

給linux添加一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用不難，但怎么設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用是難題所在。linux不提倡采用多用途的系統(tǒng)調(diào)用(根據(jù)不同的參數(shù)提供不同的功能)。

系統(tǒng)調(diào)用必須仔細(xì)檢查傳入?yún)?shù)的有效性，尤其是用戶提供的指針，必須確保：

• *指針指向的內(nèi)存區(qū)域?qū)儆谟脩艨臻g，進(jìn)程不能哄騙內(nèi)核去讀內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)
• *指針指向的內(nèi)存區(qū)域?qū)儆谶M(jìn)程的地址空間，不能哄騙內(nèi)核去讀其他進(jìn)程的數(shù)據(jù)
• *進(jìn)程不能繞過內(nèi)存訪問權(quán)限。

內(nèi)核在執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候處于進(jìn)程上下文，可以休眠，也可以被搶占，所以必須保證系統(tǒng)調(diào)用是可重入的。

(7)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的例子(包括內(nèi)核的修改和用戶空間程序的實(shí)現(xiàn))

實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用sys_foo

a.添加系統(tǒng)調(diào)用號(hào)

修改include/asm/unistd.h，加入：#define __NR_foo 289   并修改：#define NR_syscalls 290

b.在系統(tǒng)調(diào)用表中添加

修改arch/i386/kernel/entry.s或syscall_table.s，加入：

.long sys_foo

c.系統(tǒng)調(diào)用必須編譯到核心的內(nèi)核映像中，可以將系統(tǒng)調(diào)用的定義放置到和其功能聯(lián)系最緊密的代碼中，如kernel/sys.c，加入:

#include <asm/thread_info.h>
/* 
 * return the size of kernel stack
 */
asmlinkage long sys_foo(void)
{
 return THREAD_SIZE;
}

d.在用戶空間進(jìn)行調(diào)用

通常，系統(tǒng)調(diào)用靠c庫(kù)支持，glibc不可能支持我們自己的系統(tǒng)調(diào)用，此時(shí)，需要借助linux本身提供的一組宏來對(duì)系統(tǒng)調(diào)用直接進(jìn)行訪問。 

man 2 syscall

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)億速云的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)查看下面相關(guān)鏈接