20135302魏静静——课本5章学习笔记

第五章 系统调用

5.1 与内核通信

• 中间层

   

  作用三个：1.为用户空间提供一种硬件的抽象接口；2.保证系统稳定和安全；3.除异常和陷入，是内核唯一的合法入口。

5.2 API、POSIX和C库

• API定义了应用程序使用的编程接口（可实现系统调用）。
• API、POSIX、C库与系统调用之间关系。
  

5.3 系统调用——syscall

5.3.1 系统调用号

• 当用户空间的进程执行一个系统调用，就用系统调用号指明到底执行哪个系统调用。
• sys_ni_syscall()：错误号，负责“填补空缺”，返回-ENOSYS，专门针对无效的系统调用。
• 存在sys_call_table。

5.3.2 系统调用的性能

• 简洁高效

5.4 系统调用处理程序

• 通知内核的机制是软中断实现的：通过引发一个异常来促使系统切换到内核态去指向异常处理程序，而此时的异常处理程序就是系统调用的处理程序。
• x86系统上的软中断是由int $0x80指令触发128号软中断。

5.4.1 指定恰当的系统调用

• eax寄存器传递系统调用号给内核。

5.4.2 参数传递

• x86系统，ebx,ecx,edx,esi,edi按顺序存放前五个参数。
• 需要6个及以上参数，应用一个单独的寄存器存放指向这些参数在用户空间地址的指针。
• 返回值存放在eax。

5.5 系统调用的实现

1.实现系统调用

• 决定它的用途
  不提倡采用多用途的系统调用
• 确定参数、返回值、错误码
  力求简洁
• 越通用越好，不做错误假设

• 时刻注意可移植性和健壮性

  2.参数验证

  必须检查每个参数，保证他们不但合法有效，而且正确。
  最重要——检查用户提供的指针：

  • 指针指向的内存区域必须属于用户空间
  • 指针指向的内存区域在进程的地址空间内
  • 决不能绕过内存访问限制
    内核无论何时都不能轻率地接受来自用户空间的指针。

※1.检查读写
（1）向用户空间写入数据——copy_to_user()
参数：

进程空间中的目的内存地址
内核空间内的源地址
需要拷贝的数据长度

（2）从用户控件读取数据——copy_from_user()
把第二个参数指定的位置上的数据拷贝到第一个参数指定的位置上
第三个参数——拷贝数据长度。

以上两个函数成功返回0，失败返回没能完成拷贝的数据的字节数。
这两个函数都有可能引起阻塞——当包含用户数据的页被换出到硬盘上而不是物理内存上的时候。

※2.检查是否有合法权限
老版本：suser()
新版本：权能机制，capable()，返回非0有权操作，返回0则无权操作。

5.6 系统调用上下文

• 内核在执行系统调用时处于进程上下文。
  在进程上下文中，内核可以：

  • 休眠
    说明系统调用可以使用内核提供的绝大部分功能
  • 可以被抢占
    要求保证该系统调用是可重入的

  1.绑定一个系统调用的最后步骤

  1，在系统调用表的最后加入一个表项。
  2，对于所支持的各种体系结构，系统调用号都必须定义于<asm/unistd.h>中
  3，系统调用必须被编译进内核映像，不能被编译成模块。——放进kernel/下的一个相关文件中即可，例如sys.c。

  2.从用户空间访问系统调用

  Linux本身提供了一组宏，用于直接对系统调用进行访问。

  _syscalln()     //n的范围从0到6，代表需要传递给系统调用的参数个数。

  例如：

  long open(const char *filename, int flags, int mode)
  =
  #define NR_open 5
  _syscall3(long, open,const char*, filename, int, flags, int, mode)
  应用程序可以直接用open()了。

  对于每个宏来说，都有（2+2xn）个参数：

  1.系统调用的返回值类型
  2.系统调用的名称
  以后按照系统调用参数的顺序排列每个参数的类型和名称。

  _NR_open在<asm/unistd.h>中定义。
  这个宏会被扩展成为内嵌汇编的C函数。

  3.为什么不通过系统调用的方式实现

  好处：

  - 系统调用创建容易并且使用方便
  - linux系统调用的高性能

  问题：

  - 占用系统调用号
  - 固化，不允许改动接口
  - 需要分别注册到每个需要支持的体系结构中
  - 脚本中不易调用，文件系统中也不能直接访问
  - 在主内核树外难以维护使用
  - ……

  替代：

  - 某些接口，例如信号量，用文件描述符表示
  - 把增加的信息作为一个文件放在sysfs的合适位置。