理解linux系统调用过程

1万 · 2023-5-8 10:27

Linux 提供了具有良好定义、数量有限、直接进入内核的入口点，这些入口点被称为系统调用。

前面的文章学习了 Linux 文件以及文件系统操作的基础知识，并介绍了一些系统调用函数。那么应用程序在调用系统函数时，内核的处理流程是怎样的呢？

在 Linux 系统中，分为用户空间和内核空间。从系统安全和稳定方面考虑，用户空间的程序不能直接执行内核代码或者操作内核数据。但是，内核以 API 的形式，提供了一系列服务供应用程序访问，是为了从内核获得某项服务或资源。

系统调用过程

从编程角度来说，系统调用与 C 语言函数的调用很相似。然而，在执行系统调用时，会历经许多处理步骤：

•应用程序调用系统函数 API，发起系统调用。•API 将系统调用参数传入到特定寄存器。•API 将系统调用编号负值到一个特殊的 CPU 寄存器（%eax）中。•API 执行一条中断指令（int 0x80），引发处理器从用户态切换到内核态。并执行系统中断 0x80 的中断向量所指向的代码。•响应中断 0x80，内核调用 system_calll() 代码来处理这次中断。•system_call() 调用相应的系统调用服务例程。•内核态代码执行完成后，处理器切换回用户态。•若系统调用服务例程的返回值有错误，API 会使用该值设置全局变量 errno。•API 返回到调用程序，并返回一个整型值，表示系统调用是否成功。

system_call() 处理流程

可以把 system_call() 认为是中断 0x80 的服务例程，作为内核处理系统的入口函数。其内部的处理流程有以下几步：

•在内核中保存寄存器值。•检测系统调用编号的有效性。•搜索存放系统服务例程的列表（sys_call_table），找到与系统调用编号匹配的系统调用服务例程。•如果系统调用服务例程带有参数，则检测参数的有效性。然后执行系统调用函数。•系统调用处理结束后，会将结果返回给 system_call()。•从内核栈中恢复各个寄存器值，将系统调用返回值置于栈中。•返回应用程序调用的 API，同时将处理器切换回用户态。

处理流程图

上面说了这么多，用图片表示一下更为直观。以系统调用 execve() 为例，看一下处理流程。