原創
2023年03月17日 21:31:20
本週是linux系統分析課程的第四周課程，本週主要講linux系統呼叫的過程，具體知識點和實驗結果總結如下。
系統呼叫：系統呼叫只是乙個特殊的中斷。我們通過庫函式和系統呼叫打交道，庫函式把系統呼叫封裝起來。
1、儲備知識——核心態和使用者態
核心態：在高執行級別下，**可以執行特權指令，訪問任意的物理記憶體，這種cpu執行級別就對應著核心態。
使用者態：在使用者態級別下，**的掌控範圍會受到限制，只能在對應級別允許的範圍內活動。
注：intel x86cpu有四種不同的執行級別0-3，linux只使用了其中的0級和3級分別來表示核心態和使用者態。
2、為什麼有許可權級別的劃分？
若沒有使用者態和核心態的劃分，使用者寫的不健壯的程式就可以執行特權指令時，就很容易是系統崩潰。作業系統發展過程中劃分了使用者態和核心態，是系統更穩定的機制。
3、暫存器在系統呼叫中的作用
cs暫存器的最低兩位表明了當前**的特權級。cpu每條指令的讀取都是通過cs：eip這兩個暫存器：其中cs是**段選擇暫存器，eip是偏移量暫存器。
4、記憶體位址空間
一般在linux中，位址空間是乙個顯著的標誌：0xc0000000以上的位址空間只能在核心態下訪問，0x0000000–0xbfffffff的位址空間在兩種狀態下都可以訪問。
注：產生中斷是從使用者態進入核心態的主要方式。
5、暫存器上下文：
5.1從使用者態切換到核心態時：
必須儲存使用者態的暫存器上下文；
同時把核心態的暫存器的值放到暫存器中。
5.2中斷/int指令會在堆疊上儲存一些暫存器的值：
如使用者態棧頂位址；
當前的狀態字；
當時的cs：eip的值。
5.3中斷發生後的第一件事就是儲存現場：
儲存現場：就是進入中斷程式，儲存需要用到的暫存器的資料。
5.4中斷處理結束前最後一件事就是恢復現場：
恢復現場：就是退出中斷程式恢復儲存暫存器的資料。
注：iret指令和中斷訊號（包括int指令）發生時的cpu做的動作整好相反。
如下圖所示
中斷指令interrupt（ex:int 0x80）開始進行系統呼叫；
儲存當前cs：eip，ss：esp，eflags的值到核心堆疊，同時載入了中斷服務程式的位址到cs：eip以及核心堆疊棧頂指標到ss：esp中。int指令完成上述操作過程。
核心**，完成中斷服務：
發生程序排程，則儲存排程時的現場，進行排程，完成排程後再恢復現場；
不發生程序排程，則恢復之前的儲存現場：iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack.
注：系統呼叫的三層皮：api，中斷向量，中斷服務程式5、系統呼叫的服務例程：
5.1 當使用者態程序呼叫乙個系統呼叫時，cpu切換核心態並開始執行乙個核心函式。
在linux中是通過執行int $0x80來執行系統呼叫的，這條彙編指令產生向量為128的程式設計異常；
inter pentium ii中引入了sysenter指令（快速系統呼叫），2,6已經支援。
5.2 傳參：
核心實現了很多不同的系統呼叫；
程序必須指明需要哪個系統呼叫，這需要使用eax暫存器傳遞乙個名為系統呼叫號的引數
5.3 系統呼叫也需要輸入輸出引數，例如：
實際的值；
使用者態程序位址空間的變數的位址；
甚至包含指向使用者態函式的指標的資料結構的位址。
system call是linux中所有系統呼叫的入口點，每個系統呼叫至少有乙個引數，即由eax
5.3 傳遞的系統呼叫號；
系統呼叫號將xyz和sys_xyz關聯起來；用eax暫存器來傳遞引數；
乙個應用程式呼叫fork()封裝例程，那麼在執行int $0x80之前就把eax暫存器的值置為2（即 nr fork）；
這個暫存器的設定是libc庫中的封裝例程進行的，因此使用者一般不關心系統呼叫號；
進入sys，call之後，立即將eax的值壓入核心堆疊；
5.4 暫存器引數具有如下限制：
每個引數的長度不能超過暫存器的長度，即32位；
在系統呼叫號（eax）之外，引數的個數不能超過6個（ebx，ecx，edx，esi，edi，ebp）。
實驗過程中呼叫mkdir系統函式，mkdir呼叫號為39，函式原型如下：
int mkdir(const char *path, mode_t mode);通過c**呼叫引數：
path是目錄名
mode是目錄許可權
返回值：
返回0 表示成功， 返回 -1表示錯誤，並且會設定errno值。
mkdir.c
#include
#include
#include
int main()
else
printf("mkdir failed!\n");
return
0;}
通過對系統呼叫的兩種**實現方法的分析，我們可以知道c語言的api只不過是對linux底層系統呼叫的一次封裝而已，本質上是通過系統中斷實現的。
了解linux下的系統呼叫
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