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Linux 系统调用过程详细分析

Lance丶丶 2019-02-21 17:27:00 阅读数:206 评论数:0 点赞数:0 收藏数:0

内核版本:Linux-4.19

操作系统通过系统调用为运行于其上的进程提供服务。

那么,在应用程序内,调用一个系统调用的流程是怎样的呢?

我们以一个假设的系统调用 xyz() 为例,介绍一次系统调用的所有环节。

如上图所示,系统调用执行的流程如下:

1. 应用程序代码调用 xyz(),该函数是一个包装系统调用的库函数;
2. 库函数 xyz() 负责准备向内核传递的参数,并触发软中断以切换到内核;
3. CPU 被软中断打断后,执行中断处理函数,即系统调用处理函数(system_call);
4. 系统调用处理函数调用系统调用服务例程(sys_xyz ),真正开始处理该系统调用。

系统调用的实现来自于Glibc,几乎所有 C 程序都要调用 Glibc 的动态链接库 libc.so 中的库函数。这些库函数的源码是不可见的,可通过 objdump 或 gdb 等工具对代码进行汇编反编译,摸清大体的过程。

我们可不必太过纠结,知道原理就好。

下面继续分析在内核中的实现过程。

Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).

当从用户态转为内核态时,系统会将 syscall number 存储在寄存器 R7 中,利用 R7 来传参。

在 entry-header.S 文件中,有如下代码:

scno .req r7 @ syscall number
tbl .req r8 @ syscall table pointer
why .req r8 @ Linux syscall (!= 0)
tsk .req r9 @ current thread_info

类似于给寄存器起了个“别名”。

最后通过

invoke_syscall tbl, scno, r10, __ret_fast_syscall

代码成功调用 syscall table 中的服务程序。

invoke_syscall 定义如下:

 .macro invoke_syscall, table, nr, tmp, ret, reload=0
#ifdef CONFIG_CPU_SPECTRE
mov \tmp, \nr
cmp \tmp, #NR_syscalls @ check upper syscall limit
movcs \tmp, #0
csdb
badr lr, \ret @ return address
.if \reload
add r1, sp, #S_R0 + S_OFF @ pointer to regs
ldmccia r1, {r0 - r6} @ reload r0-r6
stmccia sp, {r4, r5} @ update stack arguments
.endif
ldrcc pc, [\table, \tmp, lsl #2] @ call sys_* routine
#else
cmp \nr, #NR_syscalls @ check upper syscall limit
badr lr, \ret @ return address
.if \reload
add r1, sp, #S_R0 + S_OFF @ pointer to regs
ldmccia r1, {r0 - r6} @ reload r0-r6
stmccia sp, {r4, r5} @ update stack arguments
.endif
ldrcc pc, [\table, \nr, lsl #2] @ call sys_* routine
#endif
.endm

回看

invoke_syscall tbl, scno, r10, __ret_fast_syscall

这段代码。tbl 是指向的何处呢?

接下来,就简单的介绍一下 syscall table 这个表是怎样形成的。

查看代码我们发现,tbl 表示 sys_call_table 的地址:

adr tbl, sys_call_table @ load syscall table pointer

entry-common.S 中有这样一段代码:

 syscall_table_start sys_call_table
#define COMPAT(nr, native, compat) syscall nr, native
#ifdef CONFIG_AEABI
#include <calls-eabi.S>
#else
#include <calls-oabi.S>
#endif
#undef COMPAT
syscall_table_end sys_call_table

calls-eabi.S 文件内容如下:

NATIVE(0, sys_restart_syscall)
NATIVE(1, sys_exit)
NATIVE(2, sys_fork)
NATIVE(3, sys_read)
NATIVE(4, sys_write)
NATIVE(5, sys_open)
NATIVE(6, sys_close)
NATIVE(8, sys_creat)
NATIVE(9, sys_link)
NATIVE(10, sys_unlink)
NATIVE(11, sys_execve)
NATIVE(12, sys_chdir)
NATIVE(14, sys_mknod)
NATIVE(15, sys_chmod)
NATIVE(16, sys_lchown16)
NATIVE(19, sys_lseek)
NATIVE(20, sys_getpid)
...

以上代码中宏的定义如下:

 /* 定义 sys_call_table,并将 __sys_nr 清 0 */
.macro syscall_table_start, sym
.equ __sys_nr, 0
.type \sym, #object
ENTRY(\sym)
.endm
/* 检查序号错误,并利用 sys_ni_syscall 填充缺少的序号 */
.macro syscall, nr, func
.ifgt __sys_nr - \nr
.error "Duplicated/unorded system call entry"
.endif
.rept \nr - __sys_nr
.long sys_ni_syscall
.endr
.long \func
.equ __sys_nr, \nr + 1
.endm
/* 检查序号是否超过了 __NR_syscalls,如果不足的话,用 sys_ni_syscall 来填充 */
.macro syscall_table_end, sym
.ifgt __sys_nr - __NR_syscalls
.error "System call table too big"
.endif
.rept __NR_syscalls - __sys_nr
.long sys_ni_syscall
.endr
.size \sym, . - \sym
.endm
/* NATIVE 宏定义 */
#define NATIVE(nr, func) syscall nr, func

到这里应该分析完了系统调用的大概过程,感谢大家花费宝贵的时间浏览,如果有什么问题欢迎探讨,后期会进行修改和补充!

部分参考于:www.cnblogs.com/fasionchan/p/9431784.html

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本文为[Lance丶丶]所创,转载请带上原文链接,感谢
https://www.cnblogs.com/GyForever1004/p/10414013.html

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