跟踪系统调用之旅

想学linux  c开发的博友或者正在学的博友，当你们的代码里出现系统调用，比如read、write、open等。你怎么看、怎么想？有没有想一探究竟，深究一下系统调用的始终。准备好纸和笔，让我们开始系统调用跟踪之旅：

开始之前呢，先花费2分钟概览一下图（1），在你的头脑中做个快照，便于后面分析的理解，以read调用为例，展开分析。
           
                 

read函数的声明位于头文件#include

原型为：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)。

read函数在用户空间的伪代码：
                       

说明：

第4行，寄存器eax保存了read函数的系统调用号，在 文件include/asm-i386/unistd.h里有定义（#define __NR_read  3）；第5～7行，将三个参数分别放入三个寄存器（通过寄存器来传递参数）

第8行，执行系统调用，进入内核；

第9行，获取eax寄存器所保存的函数返 回值。

第8行是一个中断，执行完第8行后，已经进入了系统内核，中断向量表中记录0x80号的中断处理程序开始执行，中断向量表的初始化在arch/x86_64/kernel/traps.c中定义：
                   

如红框标注所示。IA32_SYSCALL_VECTOR是系统调用的中断号，在include/asm-x86_64/hw_irq.h中定义：
                   

正好是0x80。而system_call是系统调用的中断处理函数指针，用户执行int $0x80后会执行到这个函数，它在arch/x86_64/kernel/entry.S中定义：
                  
                  
                  

SAVE_ALL是一个宏，在这include/asm-x86_64/calling.h文件里定义：

                  

主要作用就是将各个寄存器压入栈中。

cmpl $(nr_syscalls), %eax比较eax的值是否大于等于nr_syscalls，nr_syscalls是比最大有效系统调用号大1的值，在arch/i386/kernel/entry.S中定义：

                 

syscall_table_size就是系统调用表的大小（单位：字节），syscall_table_size其实是一个数组，数组里存放的是各个系统调用函数的地址，元素类型是long型，除以4刚好是系统调用函数的个数。

如果从eax寄存器传进来的系统调用号有效，那么就执行第12行，在系统调用表里找到相应的系统调用服务程序，sys_call_table在arch/i386/kernel/entry.S中定义：

                 

*sys_call_table(,%eax,4)指的是sys_call_table里偏移量为%eax*4上的那个值指向的函数，这里%eax=3，那么第5行的sys_read()函数就会被调用。sys_read()在/fs/read_write.c中定义：

                   

asmlingage是一个宏，定义为：__attribute__((regparm(0)))，作用是让这个函数只从栈上获取参数（因为之前的SAVE_ALL将参数压到了栈里面）。

 Fget_light:根据fd指定的索引，从当前进程描述符中取出相应的file对象，如果没有找到指定的file对象，则返回错误，如果找到了指定的file对象，则调用file_pos_read函数取出此次读写文件的当前位置。

   然后调用vfs_read执行文件读取操作，而这个函数最终调用file->f_op_read指向的函数[fs/read_write.c文件中]，代码如下：

                   

接下来调用file_pos_write()更新文件的当前读写位置，调用fput_light更新文件的引用计数。最后返回读取数据的字节数。

思考：file->f_op_read指向的函数是哪个？鉴于篇幅，我们准备在下一篇博文详解，继而开始真正数据读取之旅。

   

当数据读取完毕，需要返回用户态。以下即为推出内核，恢复各个寄存器的值，然后返回用户态的过程。
                 
                 
                 
                 
当执行完中断处理程序后，后面会调用RESTORE_REGS来恢复各个寄存器：

RESTORE_REGS的定义：

                 
                 
                 

                RESTORE_INT_REGS的定义：

                 

       当你耐着性子看到这里，真诚的说一声谢谢。我的劳作是有意义的。我写这篇博文的本意就是让自己在头脑形成一条清晰的脉络，read系统调用的清晰脉络。在平时分析问题的时候，沿着这条清晰的脉络，将疑难一一排除。对了，写这篇博文时，我参照的系统内核源码版本是：
linux-2.6.0

      Good luck for you!