系統呼叫原理

2021-06-22 14:22:41 字數 1517 閱讀 7146

系統呼叫

系統呼叫是應用程式和作業系統核心的介面,無論程式是直接進行系統呼叫還是通過執行庫,最終還是會到達系統呼叫層面上。

之所以要系統呼叫,是因為現在作業系統都將可能產生衝突的系統資源給保護起來,組織應用程式直接訪問。這些系統資源包括檔案、網路、io、各種裝置等。所有的這些操作都必須經由作業系統所規定的方式來進行。

在linux中系統呼叫使用0x80中斷作為系統呼叫的入口,windows採用0x2e中斷作為入口。

linux系統呼叫

在x86下,系統呼叫由0x80中斷完成,各個通用暫存器用於傳遞引數,eax暫存器用於表示系統呼叫的介面號,比如eax = 1 表示程序退出(exit),eax = 2 表示建立程序(fork).linux系統呼叫與eax對應如下:

eaxsystem call

exit

fork

read

write

open

close

waitpid

create

系統呼叫還涉及許可權管理(sys_setuid等)、定時器(sys_timer_create)、訊號(sys_sigaction)、網路(sys_epoll)等,這些系統可以在程式中直接使用。

系統呼叫弊端        

使用不便

各個作業系統不相容

於是,執行庫就出現了。執行庫特點:

使用簡便

形式統一

系統呼叫原理

現在的cpu可以在不同的特權級別下執行指令,通常有兩種特權級別,分別為使用者模式(user mode)和核心模式(kernel mode),也稱使用者態和核心態。系統呼叫是執行在核心態的,而應用程式基本是執行在使用者態的。作業系統一般通過中斷從使用者態到核心態的。

中斷一般具有兩個屬性,乙個是中斷號,乙個是中斷處理程式(interrupt service routine,isr)。不同的中斷具有不同的中斷號,而同時乙個中斷處理程式一一對應乙個中斷號。

通常意義下,中斷有兩種型別,一種成為硬體中斷,這種中斷來自於硬體的異常或者其他事件發生。另一種成為軟體中斷,軟體中斷通常是一條指令(i386下是int),帶有乙個引數記錄中斷號,使用這條指令可以觸發中斷並執行中斷處理程式。例如在i386下,int 0x80會呼叫0x80號中斷處理程式。

由於中斷號有限,系統呼叫通常是用同乙個中斷號來對應的。用系統呼叫號來區分具體是哪個系統呼叫,例如linux中fork的系統呼叫號是2,系統呼叫號是通過eax暫存器傳入的。

系統呼叫過程

1      中斷呼叫

2      切換堆疊:在linux中,使用者態和核心態使用的是不同的堆疊,兩者各自負責各自的函式呼叫互不干擾。但在電泳0x80號中斷時,程式從使用者態切換到核心態,這是當前棧必須從使用者棧切換到核心棧。當中斷返回時,程式需要從核心棧切換到使用者棧。

系統呼叫原理

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unistd.h檔案記錄著系統呼叫中斷號的資訊。syscall nr kill,sys kill security keys keyctl.c define nr add key 217 syscall nr add key,sys add key syscall define5 add key,c...