系统调用

系统调用是受控的内核入口，借助于这一机制，进程可以请求内核以自己的名义去执行某些动作。以应用程序编程接口（API）的形式，内核有提供一系列服务供程序访问。这些包括创建进程、执行I/O，以及为进程间通信创建管道等。

在深入系统调用的运作方式之前，务必关注以下几点：

• 系统调用将处理器从用户态切换到内核态，以便CPU访问受到保护的内核内存。
• 系统调用的组成是固定的，每个系统调用都由一个唯一的数字来表示。
• 每个系统调用可辅之以一套参数，对用户空间（亦即进程的虚拟地址空间）与内核空间之间（相互）传递的信息加以规范。

按事件发生的顺序，详细步骤如下：

1. 应用程序通过调用C语言函数库中的外壳(wrapper)函数，来发起系统调用。
2. 对系统调用中断处理历程来说，外壳函数必须保证所有的系统调用参数可用。通过堆栈，这些参数传入外壳函数，但内核却希望将这些参数置入特定寄存器。因此，外壳函数会将上述参数复制到寄存器。
3. 由于所有系统调用进入内核的方式相同，内黑需要设法区分每个系统调用。为此，外壳函数会将系统调用编号复制到一个特殊的CPU寄存器(%eax)中。
4. 外壳函数执行一条中断机器指令(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的中断矢量所指代的代码。
5. 为响应中断0x80，内核会调用system_call()例程来处理这次中断，具体如下：
   • 在内核栈中保存寄存器值。
   • 审核系统调用编号的有效性。
   • 以系统调用编号对存放所有调用服务例程的列表(内核变量sys_call_table)进行索引，发现并调用相应的系统调用服务例程。若系统调用服务例程带有参数，那么将首先检查参数的有效性。随后服务例程会执行必要的任务，这可能涉及对特定参数中指定地址处的值进行修改，以及在用户内存和内核内存间传递数据。最后，该服务例程会将结果状态返回给system_call()例程。
   • 从内核栈中恢复各寄存器值，并将系统调用返回值置于栈中。
   • 返回至外壳函数，同时将处理器切换会用户态。
6. 若系统调用服务例程的返回值表名调用有误，外壳函数会使用该值来设置全局变量errno。然后，外壳函数会返回到调用程序，并同时返回一个整型值，以表明系统调用是否成功。