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Linux后台服务器编程。

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分类: LINUX

2014-07-07 16:57:35

Linux? 系统调用 —— 我们每天都在使用它们。不过您清楚系统调用是如何在用户空间和内核之间执行的吗?本文将探究 Linux 系统调用接口(SCI)
系统调用就是用户空间应用程序和内核提供的服务之间的一个接口。由于服务是在内核中提供的,因此无法执行直接调用;相反,您必须使用一个进程来跨越用户空间与内核之间的界限。在特定架构中实现此功能的方法会有所不同。因此,本文将着眼于最通用的架构 —— i386。

SCI

Linux 中系统调用的实现会根据不同的架构而有所变化,而且即使在某种给定的体架构上也会不同。例如,早期的 x86 处理器使用了中断机制从用户空间迁移到内核空间中,不过新的 IA-32 处理器则提供了一些指令对这种转换进行优化(使用 sysenter 和 sysexit 指令)。由于存在大量的方法,最终结果也非常复杂,因此本文将着重于接口细节的表层讨论上。

要对 Linux 的 SCI 进行改进,您不需要完全理解 SCI 的内部原理,因此我将使用一个简单的系统调用进程(请参看图 1)。每个系统调用都是通过一个单一的入口点多路传入内核。eax 寄存器用来标识应当调用的某个系统调用,这在 C 库中做了指定(来自用户空间应用程序的每个调用)。当加载了系统的 C 库调用索引和参数时,就会调用一个软件中断(0x80 中断),它将执行 system_call 函数(通过中断处理程序),这个函数会按照 eax 内容中的标识处理所有的系统调用。在经过几个简单测试之后,使用 system_call_table 和 eax 中包含的索引来执行真正的系统调用了。从系统调用中返回后,最终执行 syscall_exit,并调用 resume_userspace 返回用户空间。然后继续在 C 库中执行,它将返回到用户应用程序中。

图 1. 使用中断方法的系统调用的简化流程 系统调用的简化流程

SCI 的核心是系统调用多路分解表。这个表如图 2 所示,使用 eax 中提供的索引来确定要调用该表中的哪个系统调用(sys_call_table)。图中还给出了表内容的一些样例,以及这些内容的位置。(有关多路分解的更多内容,请参看侧栏 “系统调用多路分解”)

图 2. 系统调用表和各种链接 系统调用表和各种链接
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