ARM-Linux系统调用流程
转载自：http://my.oschina.net/raybin/blog/100379 感谢作者的分析，让我有种醍醐灌顶的感觉，谢谢
旧式x86平台上的系统调用由int 0x80中断实现，后来对于新式CPU，Linux使用了sysenter方式。
在ARM平台上，使用了swi中断来实现系统调用的跳转。
swi指令用于产生软件中断，从而实现从用户模式变换到管理模式，CPSR（Current Program Status Register，程序状态寄存器，包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位）保存到管理模式的SPSR（Saved Program Status Register，程序状态保存寄存器，用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态），执行转移到SWI向量，在其他模式下也可使用SWI指令，处理器同样地切换到管理模式。
指令格式如下：
SWI {cond} immed_24
其中：
immed_24 24位立即数，值为从0——16777215之间的整数。
使用SWI指令时，通常使用一下两种方法进行参数传递，SWI异常处理程序可以提供相关的服务，这两种方法均是用户软件协定。SWI异常中断处理程序要通过读取引起软件中断的SWI指令，以取得24为立即数。
1）指令中24位的立即数指定了用户请求的服务类型，参数通过通用寄存器传递。如：
MOV R0,#34
SWI 12
2）指令中的24位立即数被忽略，用户请求的服务类型有寄存器R0的只决定，参数通过其他的通用寄存器传递。如：
MOV R0, #12
MOV R1, #34
SWI 0
在SWI异常处理程序中，去除SWI立即数的步骤为：首先确定一起软中断的SWI指令时ARM指令还是Thumb指令，这可通过对SPSR访问得到；然后取得该SWI指令的地址，这可通过访问LR寄存器得到；接着读出指令，分解出立即数（低24位）。
在arch/arm/include/asm 目录下unistd.h文件中，在Linux内核中，每个系统调用都具有唯一的一个系统调用功能号，这些功能号的定义就在此文件中，在这文件可以看到很多类似这样的定义：
#define __NR_write (__NR_SYSCALL_BASE+ 4)
这是系统调用write的定义，功能号是__NR_SYSCALL_BASE +4，定义为符号__NR_write。
由于采用了不同的二进制接口，所以__NR_SYSCALL_BASE +4的定义会有所不同，在文件中可以找到定义：
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#ifndef
__ASM_ARM_UNISTD_H#define
__ASM_ARM_UNISTD_H#define
__NR_OABI_SYSCALL_BASE 0x900000#if
defined(__thumb__) || defined(__ARM_EABI__)#define
__NR_SYSCALL_BASE 0#else#define
__NR_SYSCALL_BASE __NR_OABI_SYSCALL_BASE#endif |
这里主要是对调用号的索取定义了不同的方式。
而这些系统调用号所对应的系统调用列表，定义在arch/arm/kernel目录下的calls.S。
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/*
0 */
CALL(sys_restart_syscall) CALL(sys_exit) CALL(sys_fork_wrapper) CALL(sys_read) CALL(sys_write)/*
5 */
CALL(sys_open) CALL(sys_close) CALL(sys_ni_syscall)
/*
was sys_waitpid */ CALL(sys_creat) CALL(sys_link)/*………省略……….*/ |
asmlinkage long sys_write (unsigned int fd, const char __user *buf,size_t count);
asmlinkage是gcc标签，表明函数读取传递而来的参数位于栈中，具体的作用可以参考链接：http://blog.chinaunix.net/uid-20585891-id-1919646.html
但具体的实现代码则用宏来定义。
Linux已经为每一个系统调用都设定了唯一的一个系统调用功能号，当执行系统调用时，会按照系统调用号来索引系统调用，用的是几个带参数的宏来实现，位于syscalls.h文件中，可以看到：
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#define
SYSCALL_DEFINE0(name) asmlinkage long sys_##name(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__) |
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#define
SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...) __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__) |
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#define
__SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...) \ asmlinkage
long
sys##name(__SC_DECL##x(__VA_ARGS__)) |
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SYSCALL_DEFINE3(write,
unsigned int,
fd, const
char
__user *, buf, size_t,
count) |
PS：~~不明白为何要使用这样的形式来说明定义，不明意图郁闷ing~~
PS：__SC_DECLX的宏定义如下(/include/linux/syscalls.h)，__VA_ARGS__是个可变参数宏：
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#define
__SC_DECL1(t1, a1) t1 a1#define
__SC_DECL2(t2, a2, ...) t2 a2, __SC_DECL1(__VA_ARGS__)#define
__SC_DECL3(t3, a3, ...) t3 a3, __SC_DECL2(__VA_ARGS__)#define
__SC_DECL4(t4, a4, ...) t4 a4, __SC_DECL3(__VA_ARGS__)#define
__SC_DECL5(t5, a5, ...) t5 a5, __SC_DECL4(__VA_ARGS__)#define
__SC_DECL6(t6, a6, ...) t6 a6, __SC_DECL5(__VA_ARGS__) |
前面提交到系统调用号，这是一个偏移量，来匹配系统调用表的各项入口，在calls.S文件中有对各项入口的声明，而对于系统调用表的定义，在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中。
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/* *
This is the syscall table declaration for native ABI syscalls. *
With EABI a couple syscalls are obsolete and defined as sys_ni_syscall. */#define
ABI(native, compat) native#ifdef
CONFIG_AEABI#define
OBSOLETE(syscall) sys_ni_syscall#else#define
OBSOLETE(syscall) syscall#endif .type
sys_call_table, #objectENTRY(sys_call_table)#include
"calls.S"#undef
ABI#undef
OBSOLETE |
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/* *
Let's declare a second syscall table for old ABI binaries *
using the compatibility syscall entries. */#define
ABI(native, compat) compat#define
OBSOLETE(syscall) syscall .type
sys_oabi_call_table, #objectENTRY(sys_oabi_call_table)#include
"calls.S"#undef
ABI#undef
OBSOLETE |
对于old ABI，内核给出的处理是为它建立一个单独的system call table,叫sys_oabi_call_table。这样，兼容方式下就会有两个system call table, 以old ABI方式的系统调用会执行old_syscall_table表中的系统调用函数，EABI方式的系统调用会用sys_call_table中的函数指针。
配置无外乎以下4中：
第一、两个宏都配置行为就是上面说的那样。
第二、只配置CONFIG_OABI_COMPAT，那么以oldABI方式调用的会用sys_oabi_call_table，以EABI方式调用的用sys_call_table，和1实质上是相同的。只是情况1更加明确。
第三、只配置CONFIG_AEABI系统中不存在sys_oabi_call_table，对old ABI方式调用不兼容。只能 以EABI方式调用，用sys_call_table。
第四、两个都没有配置，系统默认会只允许old ABI方式，但是不存在old_syscall_table，最终会通过sys_call_table 完成函数调用。
系统会根据ABI的不同而将相应的系统调用表的基地址加载进tbl寄存器。
接下来查找的过程。
ARM-Linux内核启动时，通过start_kernel(/init/main.c)->setup_arch(/arch/arm/kernel/setup.c)->paging_init(/arch/arm/mm/nommu.c)->early_trap_init(/arch/arm/kernel/traps.c)，初始化中断异常向量表：
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void
__init early_trap_init(void
*vectors_base){ unsigned
long
vectors = (unsigned long)vectors_base; extern
char
__stubs_start[], __stubs_end[]; extern
char
__vectors_start[], __vectors_end[]; extern
char
__kuser_helper_start[], __kuser_helper_end[]; int
kuser_sz = __kuser_helper_end - __kuser_helper_start; vectors_page
= vectors_base; /* *
Copy the vectors, stubs and kuser helpers (in entry-armv.S) *
into the vector page, mapped at 0xffff0000, and ensure these *
are visible to the instruction stream. */ memcpy((void
*)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start); memcpy((void
*)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start); memcpy((void
*)vectors + 0x1000 - kuser_sz, __kuser_helper_start, kuser_sz); /* *
Do processor specific fixups for the kuser helpers */ kuser_get_tls_init(vectors); /* *
Copy signal return handlers into the vector page, and *
set sigreturn to be a pointer to these. */ memcpy((void
*)(vectors + KERN_SIGRETURN_CODE - CONFIG_VECTORS_BASE), sigreturn_codes,
sizeof(sigreturn_codes)); memcpy((void
*)(vectors + KERN_RESTART_CODE - CONFIG_VECTORS_BASE), syscall_restart_code,
sizeof(syscall_restart_code)); flush_icache_range(vectors,
vectors + PAGE_SIZE); modify_domain(DOMAIN_USER,
DOMAIN_CLIENT);} |
early_trap_init主要完成将中断向量表（__vectors_start, __vectors_end）和中断入口函数表（__stubs_start, __stubs_end）的相关代码copy到内存0xffff0000或者0x00000000处。
这个函数把定义在 arch/arm/kernel/entry-armv.S 中的异常向量表和异常处理程序的 stub 进行
重定位：异常向量表拷贝到 0xFFFF_0000，异常向量处理程序的 stub 拷贝到 0xFFFF_0200。
然后调用 modify_domain()修改了异常向量表所占据的页面的访问权限，这使得用户态无法
访问该页，只有核心态才可以访问。
异常向量表，在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S 中 ：
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__vectors_start: ARM(
swi SYS_ERROR0 ) THUMB(
svc #0 ) THUMB(
nop ) W(b)
vector_und + stubs_offset W(ldr)
pc, .LCvswi + stubs_offset W(b)
vector_pabt + stubs_offset W(b)
vector_dabt + stubs_offset W(b)
vector_addrexcptn + stubs_offset W(b)
vector_irq + stubs_offset W(b)
vector_fiq + stubs_offset .globl
__vectors_end__vectors_end: |
虚拟地址 异常 处理代码
0xffff0000 reset swi SYS_ERROR0
0xffff0004 undefined b __real_stubs_start + (vector_undefinstr - __stubs_start)
0xffff0008 软件中断 ldr pc, __real_stubs_start + (.LCvswi - __stubs_start)
0xffff000c 取指令异常 b __real_stubs_start + (vector_prefetch - __stubs_start)
0xffff0010 数据异常 b __real_stubs_start + (vector_data - __stubs_start)
0xffff0014 reserved b __real_stubs_start + (vector_addrexcptn - __stubs_start)
0xffff0018 irq b __real_stubs_start + (vector_IRQ - __stubs_start)
0xffff001c fiq b __real_stubs_start + (vector_FIQ - __stubs_start)
发生软中断swi时，会跳到.LCvswi + stubs_offset处执行， LCvswi定义如下：
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.LCvswi: .word
vector_swi |
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ENTRY(vector_swi) sub
sp, sp, #S_FRAME_SIZE stmia
sp, {r0 - r12} @ Calling r0 - r12 ARM(
add r8, sp, #S_PC ) ARM(
stmdb r8, {sp, lr}^ ) @ Calling sp, lr THUMB(
mov r8, sp ) THUMB(
store_user_sp_lr r8, r10, S_SP ) @ calling sp, lr mrs
r8, spsr @ called from non-FIQ mode, so ok. str
lr, [sp, #S_PC] @ Save calling PC str
r8, [sp, #S_PSR] @ Save CPSR str
r0, [sp, #S_OLD_R0] @ Save OLD_R0 zero_fp /* *
Get the system call number. */#if
defined(CONFIG_OABI_COMPAT) /* *
If we have CONFIG_OABI_COMPAT then we need to look at the swi *
value to determine if it is an EABI or an old ABI call. */#ifdef
CONFIG_ARM_THUMB tst
r8, #PSR_T_BIT movne
r10, #0 @ no thumb OABI emulation ldreq
r10, [lr, #-4] @ get SWI instruction#else ldr
r10, [lr, #-4] @ get SWI instruction A710(
and ip, r10, #0x0f000000 @ check for
SWI ) A710(
teq ip, #0x0f000000 ) A710(
bne .Larm710bug )#endif
//endif "CONFIG_ARM_THUMB<span></span>"#ifdef
CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8 rev
r10, r10 @ little endian instruction#endif
//endif "CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8"#elif
defined(CONFIG_AEABI) /* *
Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7). */ A710(
ldr ip, [lr, #-4] @ get SWI instruction ) A710(
and ip, ip, #0x0f000000 @ check for
SWI ) A710(
teq ip, #0x0f000000 ) A710(
bne .Larm710bug )#elif
defined(CONFIG_ARM_THUMB) /*
Legacy ABI only, possibly thumb mode. */ tst
r8, #PSR_T_BIT @ this
is SPSR from save_user_regs addne
scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE @ put OS number in ldreq
scno, [lr, #-4]#else /*
Legacy ABI only. */ ldr
scno, [lr, #-4] @ get SWI instruction A710(
and ip, scno, #0x0f000000 @ check for
SWI ) A710(
teq ip, #0x0f000000 ) A710(
bne .Larm710bug )#endif
//endif "CONFIG_OABI_COMPAT"#ifdef
CONFIG_ALIGNMENT_TRAP ldr
ip, __cr_alignment ldr
ip, [ip] mcr
p15, 0, ip, c1, c0 @ update control register#endif enable_irq get_thread_info
tsk //tbl是r8寄存器的别名，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定义：
//
tbl .req r8 @syscall table pointer， //
用来存放系统调用表的指针，系统调用表在后面调用 adr
tbl, sys_call_table @ load syscall table pointer#if
defined(CONFIG_OABI_COMP<span></span>AT) /* *
If the swi argument is zero, this is an EABI call and we do nothing. * *
If this is an old ABI call, get the syscall number into scno and *
get the old ABI syscall table address. */ bics
r10, r10, #0xff000000 eorne
scno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE ldrne
tbl, =sys_oabi_call_table#elif
!defined(CONFIG_AEABI) //
scno是寄存器r7的别名 bic
scno, scno, #0xff000000 @ mask off SWI op-code eor
scno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE @ check OS number#endif ldr
r10, [tsk, #TI_FLAGS] @ check for
syscall tracing stmdb
sp!, {r4, r5} @ push fifth and sixth args#ifdef
CONFIG_SECCOMP tst
r10, #_TIF_SECCOMP beq
1f mov
r0, scno bl
__secure_computing add
r0, sp, #S_R0 + S_OFF @ pointer to regs ldmia
r0, {r0 - r3} @ have to reload r0 - r31:#endif tst
r10, #_TIF_SYSCALL_WORK @ are we tracing syscalls? bne
__sys_trace cmp
scno, #NR_syscalls @ check upper syscall limit adr
lr, BSYM(ret_fast_syscall) @ return
address //转入到实现函数 ldrcc
pc, [tbl, scno, lsl #2] @ call sys_* routine add
r1, sp, #S_OFF //
why是r8寄存器的别名2:
mov why, #0 @ no longer a real syscall cmp
scno, #(__ARM_NR_BASE - __NR_SYSCALL_BASE) eor
r0, scno, #__NR_SYSCALL_BASE @ put OS number back bcs
arm_syscall b
sys_ni_syscall @ not private
funcENDPROC(vector_swi) |
然后转入到函数入口，执行系统调用。
参考总结于：http://blog.csdn.net/xiyangfan/article/details/5701673
