在現代OS中，內核提供了用戶進程與內核進行交互的一組接口。這些接口讓應用程序受限地訪問硬件設備，提供了創建新進程并與已有進程進行通信的機制，也提供了申請OS其他資源的能力。

系統調用在用戶空間進程和硬件設備之間添加了一個中間層。該層主要作用有三個：

• 為用戶空間提供了一種硬件的抽象接口

• 保證了系統的穩定和安全

• 每個進程都運行在虛擬系統中，而在用戶空間和系統的其余部分提供這樣一層公共接

??Linux—OS的系統調用是用戶空間訪問內核的唯一手段；除異常和陷入外，是內核唯一的合法入口。實際上其他的像設備文件和/proc之類的方式，最終還是通過系統調用進行訪問的。

1.API: 一般情況下，應用程序通過在用戶空間實現的應用編程接口API而不是直接通過系統調用來編程。因為application使用的API實際上并不需要和內核提供的系統調用對應。一個API定義了一組應用程序使用的編程接口。 ??在Unix中最流行的應用編程接口是基于POSIX標準的。 ???POSIX是由IEEE的一組標準組成，其目標是提供一套大體上基于Unix的可移植OS標準。在大多數Unix系統上，根據POSIX定義的API函數和系統調用之間有著直接關系；非Unix系統如Windows也提供了與POSIX兼容的庫。 Linux的系統調用作為C庫的一部分提供。C庫實現了Unix系統的主要API，同時提供了POSIX的絕大部分API。Unix的系統調用抽象出了用于完成某種確定的目的函數，不需要內核關心函數的使用。

系統調用syscall通過C庫中定義的函數調用來進行，會通過一個long類型的返回值來表示成功or錯誤。在出現錯誤時C庫會把錯誤碼寫入errno全局變量。通過調用perror()庫函數可以把該變量翻譯成用戶可以理解的錯誤字符串。

～如何定義系統調用？

1.注意函數聲明中的asmlinkage限定詞，這是一個編譯指令，通知編譯器僅從棧中提取該函數的參數。所有的syscall都需要這個asmlinkage限定詞。

2.函數返回long類型。為了保證32 bit和64 bit系統兼容，syscall在用戶空間(返回int)和內核空間(返回long)由不同的返回值類型。

3.注意系統調用get_pid()在內核中被定義成sys_getpid()——命名規則

【系統調用號】

在Linux中，每個系統調用syscall被賦予一個唯一系統調用號。

當用戶空間的進程執行一個系統調用時，這個系統調用號就用來指明到底是要執行哪個系統調用；進程不會提及系統調用的名稱。
???Linux有一個“未實現”系統調用sys_ni_syscall()，只返回無效的系統調用錯誤號-ENOSYS。

??內核sys_call_table記錄了系統調用表中的所有已注冊過的syscall列表，該表為每一個有效的系統調用指定了唯一的系統調用號。

【syscall性能】

Linux系統調用比其他許多OS執行都要快。

• 很短的上下文切換時間

• 系統調用處理程序和每個系統調用本身都很簡潔

【系統調用處理程序】

用戶空間的程序無法直接執行內核代碼，因為內核駐留在受保護的地址空間上。那么需要通知內核要執行一個系統調用，其機制是靠軟中斷實現的。

軟中斷～通過引發一個異常來促使系統切換到內核態去執行異常處理程序，此時的異常處理程序即為系統調用處理程序。 ??X86系統上預定義的軟中斷是128，通過int$0x80指令觸發該中斷。這條指令會觸發一個異常導致系統切換到內核態并執行第128號異常處理程序/系統調用處理程序system_call()。 ??X86增加了sysenter指令提供了更快、更專業的陷入內核執行系統調用的方式。

A.指定恰當的syscall

因所有的系統調用陷入內核方式一樣，必須把系統調用號一并傳給內核。在X86上，系統調用號是通過eax寄存器傳遞給內核的。

system_call()函數通過將給定的系統調用號與NR_syscalls做比較來檢查其有效性。若 >= NR_syscalls，該函數就返回-ENOSYS。否則就執行相應的syscall：

call *sys_call_table(, %rax, 8)

B.參數傳遞

除了系統調用號以外，大部分系統調用都還需要一些外部的參數輸入。可以像傳遞系統調用號把這些參數從用戶空間傳給內核。

在X86-32系統上，ebx、ecx、edx、esi和edi按照順序存放前5個參數。

【系統調用實現】

1.系統調用實現

每個系統調用都應該有一個明確的用途。在Linux中不提倡采用多用途的syscall(一個系統調用通過傳遞不同的參數值來選擇完成不同的工作)。Unix主張提供機制而不是策略。

• 系統調用的接口應該力求簡潔，參數盡可能少。

• 系統調用的語義和行為非常關鍵，因為應用程序依賴于它們。

• 盡量為將來多考慮，考慮其擴展性。

2.參數驗證

系統調用必須仔細檢查它們所有的參數是否合法有效。syscall在內核空間執行，如果任由用戶將不合法的輸入傳遞給內核，那么系統的安全和穩定將受到影響。

??最重要的一種檢查就是檢查用戶提供的指針是否有效。在接收一個用戶空間的指針之前，內核必須保證：

• 指針指向的內存區域屬于用戶空間。～進程絕不能欺騙內核去讀內核空間的data

• 指針指向的內存區域在進程的地址空間里。～進程絕不能欺騙內核去讀其他進程的data

• 如果是讀，該內存應被標記為可讀；

  如果是寫，該內存應被標記為可寫；

  如果是可行，該內存應被標記為可執行

  ～進程絕不能繞過內存訪問限制～

內核提供了2個方法來完成必須的檢查和內核空間<=>用戶空間之間data的來回拷貝。

??內核無論何時都不能輕率地接受來自用戶空間的指針！??

1.copy_to_user():向用戶空間寫入data 該函數有3個參數，分別為進程空間中的目的內存地址、內核空間內的源地址、需要拷貝的data長度。 2.copy_from_user():從用戶空間讀取data 該函數有3個參數與1相似，把第二個參數指定位置上的data拷貝到第一個參數指定的位置上，拷貝的數據長度由第三個參數決定。 【返回值】 若失敗，返回的是沒能完成拷貝的數據字節數；若成功則為0。

新版本的Linux允許檢查針對特定資源的特殊權限。調用者可以使用capable()函數來檢查是否有權對指定的資源進程操作(0無非0有)。默認情況下，屬于超級用戶的進程擁有所有權利而非超級用戶沒有任何權利。Linux/capability.h包含一份所有這些權能和其對應的權限列表。

【系統調用上下文】

內核在執行syscall時處于進程上下文。在進程上下文中，內核可以休眠(如在系統哦給你調用阻塞or顯式調用schedule()時)并且可以被搶占。

• 休眠表明系統調用可以使用內核提供的絕大部分功能。

• 可搶占表明當前的進程可被其他進程搶占。

??????因為新的進程可能使用相同的系統調用，所以必須保證系統調用是可重入的。

當系統調用返回時，控制權仍然在system_call()中，它最終負責切換到用戶空間并讓用戶進程繼續執行下去。

1.綁定一個系統調用的最后步驟

當編寫完一個系統調用后，要把它注冊成一個正式的系統調用。如下步驟：

• 在系統調用表的最后加入一個表項。??index從0開始

• 對于所支持的各種體系結構，系統調用號都必須定于中

• 系統調用必須被編譯進內核映像(而不能編譯成模塊)。需要把它放入kernel/下的一個相關文件即可。

2.從用戶空間訪問系統調用

通常系統調用靠C庫支持。用戶程序通過包含標準文件并和C庫鏈接，就可使用syscall。

??Linux本身提供了一組宏，用于直接對系統調用進行訪問。它會設置好寄存器并調用陷入指令。這些宏是_syscalln()，其中n的范圍[0, 6],代表需要傳遞給系統調用的參數個數。對于每個宏，都有2 + 2*n個參數。

~例如：

open()系統調用定義如下：

long open(const char *filename,int flags, int mode)

而不靠庫支持，直接調用此系統調用的宏的形式如下：

#define NR_open 5_syscall3(long,??open,?const?char?*filename,int?flags,?int?mode)

其中long為返回值類型，open為系統調用名稱，后面為參數信息。

該宏會被擴展成為內嵌匯編的C函數；由匯編語言執行。將系統調用號和參數壓入寄存器并觸發軟中斷來陷入內核。

3.why不通過系統調用的方式實現？？？

～建立一個new系統調用的好處：

• 系統調用創建容易且使用方便

• Linux系統調用的高性能顯而易見

引發的問題：

需要一個內核在處于開發版本時由官方分配的系統調用號

系統調用被加入穩定內核后就被固化了，為了避免應用程序崩潰，它的接口不允許改動

需要將系統調用分別注冊到每個需要支持的體系結構中去

在腳本中不容易調用系統調用，也不能從文件系統直接訪問系用調用

由于需要系統調用號，因此在住內核樹外是很難維護和使用系統調用的

如果僅僅進行簡單的信息狡猾，系統調用就大材小用了

??不要以為你以為的就是你以為的～這很哲學??

～替代方法：

實現一個設備節點，并對此實現read()和write()。使用ioctl()對特定的設置進行操作or對特定的信息進行檢索。

• 像信號量接口，可以用文件描述符來表示。因此也就可以按上述方式對其操作

• 把增加的信息作為一個文件放在sysfs的合適位置

Linux系統盡量避免每出現一種新抽象就簡單的加入一個new系統調用。新系統調用增添頻率很低也反映出了Linux是一個相對穩定且功能較為完善的OS。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ie传递给系统调用的数据区域太小_【Linux系列】系统调用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。