系統呼叫的原理

2021-12-29 16:27:12 字數 1131 閱讀 4760

原始的系統呼叫是通過中斷向量80所代表的的中斷來實現:把系統呼叫號存到乙個暫存器 中,然後發出int 0x80。已經註冊號的中斷處理程式會檢測暫存器的內容,根據不同的系 統呼叫號, 提供具體的服務。中斷的處理過程分三步:a)保持暫存器的內容;b)呼叫中斷 處理程式進行處理;c)重新載入之前暫存器的內容,這個過程的開銷並不小,所以 int 0x80的方式,對系統的開銷有較大的影響。

後來,intel推出了兩個指令sysenter/sy***it(對於64位系統則是syscall/sysret指令) ,提供 「快速系統呼叫」的功能,幾年後,linux開始使用這兩個指令實現系統呼叫,並且 引入了vdso的機制。具體是怎麼使用的,可以參考sysenter based system call mechanism in linux 2.6。

vdso的大概過程:

核心使用sysenter等指令實現系統呼叫,這部分**中主要過程叫做 __kernel_vsyscall(封裝在乙個so中);使用vdso機制時,核心在初始化過程中,會拷貝這個so到乙個物理頁;核心在載入elf執行檔案時,會把這個物理頁對映到使用者空間,並且會將裡面的函式根 據型別設定到elf auxiliary vectors中,__kernel_vsyscall的位址就會設定到 at_sysinfo型別中;使用ldd檢視的話,可以看到elf檔案包含乙個叫做 linux-gate.so.1或者叫linux-vdso.so.1的共享庫。glibc中系統呼叫的核心命令是: enter_kernel call *%gs:sysinfo_offset經過複雜的定義宣告,最終呼叫的是elf auxiliary vectors中at_sysinfo型別的位址 ,也就是呼叫了__kernel_vsyscall

一般情況下,應用程式不直接使用系統呼叫,而是使用一些glibc封裝好的函式,不過核心 也提供了syscall()方法,讓應用程式可以直接發起乙個系統呼叫。

有一些系統呼叫,比如gettimeofday(),可能會被非常頻繁地呼叫,並且這些系統呼叫的 具體過程都類似,讀取乙個有核心維護的變數的值(比如時間),然後把該值返回到使用者 空間。對於這些系統呼叫,核心提供了一種「捷徑」,使這些系統呼叫事實上不進入核心空 間,而是在使用者空間執行。大概的原理就是在vdso的虛擬動態共享庫檔案中維護了乙個變 量,該變數是由核心更新的,vdso中只是簡單地讀取這個變數並返回給呼叫方,而無需再 進行sysenter等指令。

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