一、 什么是系統(tǒng)調(diào)用　　在Linux的世界里，我們經(jīng)常會(huì)遇到系統(tǒng)調(diào)用這一術(shù)語，所謂系統(tǒng)調(diào)用，就是內(nèi)核提供的、功能十分強(qiáng)大的一系列的函數(shù)。這些系統(tǒng)調(diào)用是在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的，再通過一定的方式把系統(tǒng)調(diào)用給用戶，一般都通過門(gate)陷入(trap)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序和內(nèi)核交互的接口。　　　二、 系統(tǒng)調(diào)用的作用　　系統(tǒng)調(diào)用在Linux系統(tǒng)中發(fā)揮著巨大的作用，如果沒有系統(tǒng)調(diào)用，那么應(yīng)用程序就失去了內(nèi)核的支持。　　我們在編程時(shí)用到的很多函數(shù)，如fork、open等這些函數(shù)最終都是在系統(tǒng)調(diào)用里實(shí)現(xiàn)的，比如說我們有這樣一個(gè)程序：

 1 　　#include <unistd.h> 2  3 　　#include <stdlib.c> 4  5 　　int main()  6  7 　　{  8  9 　　 fork(); 10 11 　　 exit(0); 12 13 　　} 　　 

　　這里我們用到了兩個(gè)函數(shù)，即fork和exit,這兩函數(shù)都是glibc中的函數(shù)，但是如果我們跟蹤函數(shù)的執(zhí)行過程，看看glibc對fork和exit函數(shù)的實(shí)現(xiàn)就可以發(fā)現(xiàn)在glibc的實(shí)現(xiàn)代碼里都是采用軟中斷的方式陷入到內(nèi)核中再通過系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)函數(shù)的功能的。具體過程我們在系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過程會(huì)詳細(xì)的講到。　　由此可見，系統(tǒng)調(diào)用是用戶接口在內(nèi)核中的實(shí)現(xiàn)，如果沒有系統(tǒng)調(diào)用，用戶就不能利用內(nèi)核。

　　三、 系統(tǒng)調(diào)用的現(xiàn)實(shí)及調(diào)用過程　　詳細(xì)講述系統(tǒng)調(diào)用的之前也講一下Linux系統(tǒng)的一些保護(hù)機(jī)制。　　Linux系統(tǒng)在CPU的保護(hù)模式下提供了四個(gè)特權(quán)級別，目前內(nèi)核都只用到了其中的兩個(gè)特權(quán)級別，分別為“特權(quán)級0”和“特權(quán)級3”,級別0也就是我們通常所講的內(nèi)核模式，級別3也就是我們通常所講的用戶模式。劃分這兩個(gè)級別主要是對系統(tǒng)提供保護(hù)。內(nèi)核模式可以執(zhí)行一些特權(quán)指令和進(jìn)入用戶模式，而用戶模式則不能。　　這里特別提出的是，內(nèi)核模式與用戶模式分別使用自己的堆棧，當(dāng)發(fā)生模式切換的時(shí)候同時(shí)要進(jìn)行堆棧的切換。　　每個(gè)進(jìn)程都有自己的地址空間（也稱為進(jìn)程空間），進(jìn)程的地址空間也分為兩部分：用戶空間和系統(tǒng)空間，在用戶模式下只能訪問進(jìn)程的用戶空間，在內(nèi)核模式下則可以訪問進(jìn)程的全部地址空間，這個(gè)地址空間里的地址是一個(gè)邏輯地址，通過系統(tǒng)段面式的管理機(jī)制，訪問的實(shí)際內(nèi)存要做二級地址轉(zhuǎn)換，即：邏輯地址線性地址物理地址。　　系統(tǒng)調(diào)用對于內(nèi)核來說就相當(dāng)于函數(shù)，我們是關(guān)鍵問題是從用戶模式到內(nèi)核模式的轉(zhuǎn)換、堆棧的切換以及參數(shù)的傳遞。 　　　　下面將結(jié)合內(nèi)核源代碼對這些過程進(jìn)行分析，以下分析環(huán)境為FC2,kernel 2.6.5　　下面是內(nèi)核源代碼里arch/i386/kernel/entry.S的一段代碼　　

  1 　　/* clobbers ebx, edx and ebp */ 　　   2   3 　　#define __SWITCH_KERNELSPACE /   4   5 　　 cmpl $0xff000000, %esp; /   6   7 　　 jb 1f; /   8   9 　　 /  10  11 　　 /* /  12  13 　　 * switch pagetables and load the real stack, /  14  15 　　 * keep the stack offset: /  16  17 　　 */ /  18  19 　　 /  20  21 　　 movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET, %edx; /  22  23 　　 /  24  25 　　 /* GET_THREAD_INFO(%ebp) intermixed */ /  26  27 　　0: /  28  29 　　 ……………………………………. /  30  31 　　1: 　　  32  33 　　#endif 　　  34  35 　　#define __SWITCH_USERSPACE /  36  37 　　 /* interrupted any of the user return paths? */ /  38  39 　　 /  40  41 　　 movl EIP(%esp), %eax; /  42  43 　　 ……………………………………….. /  44  45 　　 jb 22f; /* yes - switch to virtual stack */ /  46  47 　　 /* return to userspace? */ /  48  49 　　44: /  50  51 　　 movl EFLAGS(%esp),%ecx; /  52  53 　　 movb CS(%esp),%cl; /  54  55 　　 testl $(VM_MASK 　 3),%ecx; /  56  57 　　 jz 2f; /  58  59 　　22: /  60  61 　　 /* /  62  63 　　 * switch to the virtual stack, then switch to /  64  65 　　 * the userspace pagetables. /  66  67 　　 */ /  68  69 　　 /  70  71 　　 GET_THREAD_INFO(%ebp); /  72  73 　　 movl TI_virtual_stack(%ebp), %edx; /  74  75 　　 movl TI_user_pgd(%ebp), %ecx; /  76  77 　　 /  78  79 　　 movl %esp, %ebx; /  80  81 　　 andl $(THREAD_SIZE-1), %ebx; /  82  83 　　 orl %ebx, %edx; /  84  85 　　int80_ret_start_marker: /  86  87 　　 movl %edx, %esp; /  88  89 　　 movl %ecx, %cr3; /  90  91 　　 /  92  93 　　 __RESTORE_ALL; /  94  95 　　int80_ret_end_marker: /  96  97 　　2:  98  99 　　 100 101 　　#else /* !CONFIG_X86_HIGH_ENTRY */ 　　 102 103 　　#define __SWITCH_KERNELSPACE 104 105 　　#define __SWITCH_USERSPACE 　　 106 107 　　#endif 　　 108 109 　　#define __SAVE_ALL / 110 111 　　…………………………………….. 　　 112 113 　　#define __RESTORE_INT_REGS / 114 115 　　…………………………. 　　 116 117 　　#define __RESTORE_REGS / 118 119 　　 __RESTORE_INT_REGS; / 120 121 　　111: popl %ds; / 122 123 　　222: popl %es; / 124 125 　　.section .fixup,"ax"; / 126 127 　　444: movl $0,(%esp); / 128 129 　　 jmp 111b; / 130 131 　　555: movl $0,(%esp); / 132 133 　　 jmp 222b; / 134 135 　　.PRevious; / 136 137 　　.section __ex_table,"a";/ 138 139 　　 .align 4; / 140 141 　　 .long 111b,444b;/ 142 143 　　 .long 222b,555b;/ 144 145 　　.previous 146 147 　　 148 149 　　#define __RESTORE_ALL / 150 151 　　 __RESTORE_REGS / 152 153 　　 addl $4, %esp; / 154 155 　　333: iret; / 156 157 　　.section .fixup,"ax"; / 158 159 　　666: sti; / 160 161 　　 movl $(__USER_DS), %edx; / 162 163 　　 movl %edx, %ds; / 164 165 　　 movl %edx, %es; / 166 167 　　 pushl $11; / 168 169 　　 call do_exit; / 170 171 　　.previous; / 172 173 　　.section __ex_table,"a";/ 174 175 　　 .align 4; / 176 177 　　 .long 333b,666b;/ 178 179 　　.previous 180 181 　　 182 183 　　#define SAVE_ALL / 184 185 　　 __SAVE_ALL; / 186 187 　　 __SWITCH_KERNELSPACE; 188 189 　　 190 191 　　#define RESTORE_ALL / 192 193 　　 __SWITCH_USERSPACE; / 194 195 　　 __RESTORE_ALL; 196 　　 

　　以上這段代碼里定義了兩個(gè)非常重要的宏,即SAVE_ALL和RESTORE_ALL

SAVE_ALL先保存用戶模式的寄存器和堆棧信息,然后切換到內(nèi)核模式,宏__SWITCH_KERNELSPACE實(shí)現(xiàn)地址空間的轉(zhuǎn)換RESTORE_ALL的過程過SAVE_ALL的過程正好相反。 　　　　在內(nèi)核原代碼里有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用表：（entry.S的文件里）　　

 1 　　ENTRY(sys_call_table)  2  3 　　 .long sys_restart_syscall /* 0 - old "setup()" system call, used for restarting */  4  5 　　 .long sys_exit  6  7 　　 .long sys_fork  8  9 　　 .long sys_read 10 11 　　 .long sys_write 12 13 　　 .long sys_open /* 5 */ 14 15 　　 ……………….. 16 17 　　 .long sys_mq_timedreceive /* 280 */ 18 19 　　 .long sys_mq_notify 20 21 　　 .long sys_mq_getsetattr 　　 22 23 　　syscall_table_size=(.-sys_call_table) 　　 

　　在2.6.5的內(nèi)核里，有280多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，這些系統(tǒng)調(diào)用的名稱全部在這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用表里。　　在這個(gè)原文件里，還有非常重要的一段　　

 1 　　ENTRY(system_call)  2  3 　　 pushl %eax # save orig_eax  4  5 　　 SAVE_ALL  6  7 　　 GET_THREAD_INFO(%ebp)  8  9 　　 cmpl $(nr_syscalls), %eax 10 11 　　 jae syscall_badsys 12 13 　　 # system call tracing in Operation 14 15 　　 testb $(_TIF_SYSCALL_TRACE　_TIF_SYSCALL_AUDIT),TI_flags(%ebp) 16 17 　　 jnz syscall_trace_entry 18 19 　　syscall_call: 20 21 　　 call *sys_call_table(,%eax,4) 22 23 　　 movl %eax,EAX(%esp) # store the return value 24 25 　　syscall_exit: 26 27 　　 cli # make sure we don't miss an interrupt 28 29 　　 # setting need_resched or sigpending 30 31 　　 # between sampling and the iret 32 33 　　 movl TI_flags(%ebp), %ecx 34 35 　　 testw $_TIF_ALLWORK_MASK, %cx # current->work 36 37 　　 jne syscall_exit_work 38 39 　　restore_all: 40 41 　　 RESTORE_ALL 　　 

　　這一段完成系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行。　　system_call函數(shù)根據(jù)用戶傳來的系統(tǒng)調(diào)用號，在系統(tǒng)調(diào)用表里找到對應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用再執(zhí)行。　　從glibc的函數(shù)到系統(tǒng)調(diào)用還有一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是系統(tǒng)調(diào)用號。　　系統(tǒng)調(diào)用號的定義在include/asm-i386/unistd.h里　　

 1 　　#define __NR_restart_syscall 0  2  3 　　#define __NR_exit 1  4  5 　　#define __NR_fork 2  6  7 　　#define __NR_read 3  8  9 　　#define __NR_write 4 10 11 　　#define __NR_open 5 12 13 　　#define __NR_close 6 14 15 　　#define __NR_waitpid 7 16 17 　　………………………………….. 　 

　　每一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號都對應(yīng)有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用　　接下來就是系統(tǒng)調(diào)用宏的展開　　

 1 //沒有參數(shù)的系統(tǒng)調(diào)用的宏展開  2 　  3  4 　　#define _syscall0(type,name) /  5  6 　　type name(void) /  7  8 　　{ /  9 10 　　long __res; / 11 12 　　__asm__ volatile ("int $0x80" / 13 14 　　 : "=a" (__res) / 15 16 　　 : "0" (__NR_##name)); / 17 18 　　__syscall_return(type,__res); / 19 20 　　} 　　 21 22 　　 23 24 //　　帶一個(gè)參數(shù)的系統(tǒng)調(diào)用的宏展開 25 　　 26 27 　　#define _syscall1(type,name,type1,arg1) / 28 29 　　type name(type1 arg1) / 30 31 　　{ / 32 33 　　long __res; / 34 35 　　__asm__ volatile ("int $0x80" / 36 37 　　 : "=a" (__res) / 38 39 　　 : "0" (__NR_##name),"b" ((long)(arg1))); / 40 41 　　__syscall_return(type,__res); / 42 43 　　} 　 44 45 //　　兩個(gè)參數(shù) 46  47 48 　　#define _syscall2(type,name,type1,arg1,type2,arg2) / 　　 49 50 //　　三個(gè)參數(shù)的 51 52 53 　　#define _syscall3(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3) / 　　 54 55 //　　四個(gè)參數(shù)的 56  57 58 　　#define _syscall4(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4) / 　　 59 60 //　　五個(gè)參數(shù)的 61 62 　　#define _syscall5(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4, / 63 64 　　 type5,arg5) / 65 　　 66 67 //　　六個(gè)參數(shù)的 68  69 70 　　#define _syscall6(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3,type4,arg4, / 71 72 　　 type5,arg5,type6,arg6) / 73 74 　　_res); / 　　 

　　從這段代碼我們可以看出int $0x80通過軟中斷開觸發(fā)系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)發(fā)生調(diào)用時(shí)，函數(shù)中的name會(huì)被系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用名所代替。然后調(diào)用前面所講的system_call。這個(gè)過程里包含了系統(tǒng)調(diào)用的初始化，系統(tǒng)調(diào)用的初始化原代碼在：　　arch/i386/kernel/traps.c中　　每當(dāng)用戶執(zhí)行int 0x80時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行中斷處理，把控制權(quán)交給內(nèi)核的system_call。 　　　　整個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的過程可以總結(jié)如下：　　1． 執(zhí)行用戶程序(如:fork)　　2． 根據(jù)glibc中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，取得系統(tǒng)調(diào)用號并執(zhí)行int $0x80產(chǎn)生中斷。　　3． 進(jìn)行地址空間的轉(zhuǎn)換和堆棧的切換，執(zhí)行SAVE_ALL。（進(jìn)行內(nèi)核模式）　　4． 進(jìn)行中斷處理，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用表調(diào)用內(nèi)核函數(shù)。　　5． 執(zhí)行內(nèi)核函數(shù)。　　6． 執(zhí)行RESTORE_ALL并返回用戶模式 　　　　解了系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)及調(diào)用過程，我們可以根據(jù)自己的需要來對內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用作修改或添加。