浅谈linux系统调用

1 引起系统调用的两种途径：

（1）int $0×80 , 老式linux内核版本中引起系统调用的唯一方式

（2）sysenter汇编指令

2 退出系统调用的两种方式

（1) iret 汇编指令

（2） sysexit 汇编指令

3 两种系统调用的执行过程

（1）向量128的内核入口点  set_system_gate(0×80,&system_call),从函数的名字就可以看出这是一个系统门，这个门的8个字节包括

segment selector  = __KERNEL_CS    Offset = system_call()系统调用处理程序的地址

Type = 15 表示这是个陷阱，陷阱的特点就是不禁用中断    DPL =3 用户态可以访问的一个陷阱

（2）现在执行流程切换到了system_call函数

先把%eax(系统调用号)压入内核栈，这里我们应该清楚，此时内核栈上的压入信息的情况，下图是从用户态到内核态时硬件自动在内核栈上保存的信息

很明显尽皆着就是eax(对于中断来说，这里就是中断号或出错码)，然后执行宏SAVE_ALL，把其他的寄存器保存在堆栈上，然后检测当前用户态进程是否处于debug状态，即EFLAGS.TI = 1

这是通过取thread_info中的eflag来实现的。

     如果是，跳到syscall_trace_entry,否则，判断当前系统调用号是否合法，即不大于最大系统调用号即可。如果合法，执行call *sys_call_table(,%eax,4).

sys_call_table[]数组，系统调用分派表数组，参数即是%eax * 4就可以找到相应的系统调用表中的一项，因为每项4个字节。

可见syscall_table_32.S中的系统调用。我们来看看call *sys_call_table(,%eax,4)是怎么寻址的，  *(0+%eax*4+sys_call_table)这是call的内容，这么写出来就很明显了。

%eax*4+sys_call_table指向了系统表中的某一项，然后加*就是取其内容，即系统调用处理函数。

    从系统调用退出时，先把返回值%eax放到内核栈上保存用户态eax的那个地址上，即当恢复到用户态时，eax中就是返回值。然后禁用中断，主要是为了防止中断丢失，但是什么情况下会丢失，没弄清楚？

然后检查EFLAGS中的所有标志有没有被设置，如果没有就restore_call,如果有设置，就跳到syscall_exit_work.详见linux中断和异常分析部分。

  （3）int $0×80要执行几个一致性和安全性检查，因此速度比较慢，后来就曾加了一种快速的从用户态跳到内核态的方法“sysenter”。

sysenter指令使用了三种特殊的寄存器，他们必须装入以下信息：

a. SYSENTER_CS_MSR    内核段的段选择符

b. SYSENTER_EIP_MSR  内核入口点的线性地址

c. SYSENTER_ESP_MSR 内核堆栈指针

当sysenter执行的时候，cpu执行以下操作

cs = SYSENTER_CS_MSR

eip = SYSENTER_EIP_MSR

esp = SYSENTER_ESP_MSR

ss = SYSENTER_CS_MSR

很明显的SYSENTER_CS_MSR SYSENTER_ESP_MSR SYSENTER_CS_MSR保存的是内核的信息，这样赋值之后，就从用户态切换到了内核态。

这几个寄存器是由谁初始化的呢？

在内核初始化期间，系统中每个cpu一旦执行函数enble_sep_cpu（）之后，上面三个寄存器就被初始化了，初始化的值分别是：

SYSENTER_CS_MSR = __KERNEL_CS

SYSENTER_EIP_MSR = sysenter_enter()函数的线性地址

SYSENTER_ESP_MSR = 本地TSS的末端的线性地址

    sysenter的执行流程：

a. 标准库中的封装例程把系统调用号装入eax寄存器，并调用__kernel_vsyscall()函数

__kernel_vsyscall:

pushl %ecx

pushl %edx

pushl %ebp

movl %esp,%ebp

sysenter

b. 当执行完sysenter指令，CPU从用户态切换到内核态，内核开始执行sysenter_entry()函数，这个函数由SYSENTER_EIP_MSR. 下面来看看sysenter_entry()函数

  (1)建立内核堆栈         movl    -508(%esp), %esp

开始时，esp指向本地TSS的第一个位置（这是由SYSENTER_ESP_MSR决定的），因为本地TSS的大小为512个字节。因此，sysenter指令把本地TSS中偏移量为4处的内容即esp0的内容赋值给esp,

esp0总是存放当前进程内核堆栈的指针。

（2）sti

（3）pushl $(__USER_DS)

        pushl %ebp

        pushfl

        pushl $(__USER_CS)

        pushl $SYSENTER_RETURN

  (4) movl (%ebp) , %ebp

4 . sysenter 退出系统调用

和int $0×80一样，退出时先判断current->thread_info中的eflags标志，如果有被设置的标志，就执行相应的处理，跳转代resume_userspace或work_pending处，如果都没有设置，就直接快速返回

movl 40(%esp), %edx

movl 52(%esp), %ecx

xorl %ebp, %ebp

sti

sysexit

5 sysexit指令

实现从内核态切换到用户态，当执行这条指令时，cpu执行下面的操作

（1） cs = SYSENTER_CS_MSR + 16

为什么是加16？

从内核态跳到用户态，即cs = __KERNEL_CS  转变为 cs = __USER_CS ，在GDT表里这两项相差了2，我们再考虑段选择符的结构，前13位是索引，那么索引加了2，就相当于是段选择符加了16

（2）eip = edx

  (3) ss = SYSENTER_CS_MSR + 24    ss加载的是用户数据段的段选择符，可以算出为什么加了24

（4）esp = ecx

6 执行完上述指令，cpu就开始执行eip处的代码

以上就是两种系统调用的简要流程！