Linux下新增和使用系统调用

关键词：__SYSCALL()、SYSCALL_DEFINEx()、syscall()等等。

1. 为什么使用syscall

内核和用户空间数据交换有很多种方式：sysfs、proc、信号等等。

但是syscall效率要高于这些方式，使用起来也更加简单。

缺点是可移植性差，对于新增的系统调用，需要内核和用户空间同步。

2. 如何添加syscall

每个系统调用都有一个系统调用号，这个系统调用号对应sys_call_table[]下标。

通过sys_call_table[syscallid]就可以对应到此系统调用的函数。

在include/uapi/asm/unistd.h中添加__NR_basetime系统调用号，关联系统调用号和系统调用函数。

diff --git a/arch/csky/include/uapi/asm/unistd.h b/arch/csky/include/uapi/asm/unistd.h
index 98e62b9..a1b6503 100644
--- a/arch/csky/include/uapi/asm/unistd.h
+++ b/arch/csky/include/uapi/asm/unistd.h
@@ -43,6 +43,11 @@ __SYSCALL(__NR_ugetrlimit, sys_getrlimit)
 #define __NR_sysfs             (__NR_arch_specific_syscall + 5)
 __SYSCALL(__NR_sysfs, sys_sysfs)
 
+#ifdef CONFIG_PERF_TIMER
+#define __NR_basetime  (__NR_arch_specific_syscall + 6)
+__SYSCALL(__NR_basetime, sys_basetime)
+#endif

__SYSCALL()将sys_call_table[]中的系统调用号和系统调用函数关联起来。

#undef __SYSCALL
#define __SYSCALL(nr, call) [nr] = (call),

#define sys_fadvise64_64 sys_csky_fadvise64_64
void * const sys_call_table[__NR_syscalls] __page_aligned_data = {
    [0 ... __NR_syscalls - 1] = sys_ni_syscall,
#include <asm/unistd.h>
};

在include/asm/syscalls.h中添加sys_basetime()引用。

#ifdef CONFIG_PERF_TIMER
long sys_basetime(void);
#endif

最后就是sys_basetime()的实现：

SYSCALL_DEFINE0(basetime)
{
       return perf_timer_read_us();
}

2.1 SYSCALL_DEFINEx()

当SYSCALL_DEFINEx()的x为0时，很简单就是调用sys_##name()函数。

x为其他值时，同时定义了几个函数，并使用了别名属性。

#define SYSCALL_DEFINE0(sname)                    \
    SYSCALL_METADATA(_##sname, 0);                \
    asmlinkage long sys_##sname(void)

#define SYSCALL_DEFINE1(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(1, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE2(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(2, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE4(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(4, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE5(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(5, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE6(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(6, _##name, __VA_ARGS__)

#define SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...)                \
    SYSCALL_METADATA(sname, x, __VA_ARGS__)            \
    __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__)

#define __PROTECT(...) asmlinkage_protect(__VA_ARGS__)
#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...)                    \
    asmlinkage long sys##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__))    \
        __attribute__((alias(__stringify(SyS##name))));        \
    static inline long SYSC##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__));    \
    asmlinkage long SyS##name(__MAP(x,__SC_LONG,__VA_ARGS__));    \
    asmlinkage long SyS##name(__MAP(x,__SC_LONG,__VA_ARGS__))    \
    {                                \
        long ret = SYSC##name(__MAP(x,__SC_CAST,__VA_ARGS__));    \
        __MAP(x,__SC_TEST,__VA_ARGS__);                \
        __PROTECT(x, ret,__MAP(x,__SC_ARGS,__VA_ARGS__));    \
        return ret;                        \
    }                                \
    static inline long SYSC##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__))

3. 使用syscall

用户空间系统调用的使用通过syscall函数：

#define _GNU_SOURCE         /* See feature_test_macros(7) */
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>   /* For SYS_xxx definitions */

long syscall(long number, ...);

第一个参数是系统调用号，后面的参数是内核对应sys_##name()函数一致的。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#define __NR_basetime    250
void main(void)
{
    unsigned int timestamp = 0, i = 0;

    for(i = 0; i < 100; i++) {
        timestamp = syscall(__NR_basetime);
        printf("timestamp=%u\n", timestamp);
        usleep(1000);
    }
}

用户空间通过syscall()函数，触发系统调用，使系统由用户态陷入到内核态。

在系统个调用异常里面获取到系统调用号，以及必须的参数。根据系统调用号和sys_call_table[]找到对应系统调用函数。

以syscall()其余部分参数为入参，执行相关结果。完成后返还给用户空间。