作者：姚開健

原創作品轉載請註明出處

《Linux核心分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

學過計算機作業系統的都知道，CPU工作時有兩種狀態，一種是使用者態，一種是核心態，使用者態意味著程式碼訪問的範圍會受到限制，在32位X86的機器上，4G的記憶體裡，在使用者態的時候，只能訪問0x00000000－0xbfffffff的地址空間。而核心態則不受限制，可以訪問任意記憶體地址。當程式在使用者態執行時，如果需要進入核心態執行，則會產生一箇中斷，然後系統進行中斷處理，先是儲存當前執行現場，將使用者態棧頂指標，狀態字，cs:eip值壓棧：

然後進行中斷處理程式，等處理程式執行結束後，則需要恢復現場：

當我們進行程式設計時，可以利用系統封裝好的API來間接進行呼叫系統呼叫。一個API裡面可能對應一個系統呼叫，也可能一個也沒有，封裝例程會將系統呼叫封裝好，一個例程往往對應一個系統呼叫，當用戶程式在執行API（xyz()）呼叫時，將會進入封裝例程（xyz()）中，由封裝例程裡的中斷彙編程式碼呼叫系統呼叫處理程式（system_call），然後系統呼叫處理程式呼叫系統呼叫服務程式（sys_xyz()）：

這可以簡化為系統呼叫三層皮：API，中斷向量所指向的系統呼叫處理程式System_Call，中斷服務程式Sys_xyz()。

進行系統呼叫時，如跟函式呼叫一般，也需要進行引數傳遞。系統呼叫至少有一個引數，就是系統呼叫號，通常會把它 傳入eax暫存器，其他引數則傳入其他暫存器，最多為6個引數，如果引數超過6個，則把最後一個暫存器該為指向一塊剩餘引數記憶體的指標。

下面通過兩個程式來演示系統呼叫的工作機制：

程式一是直接呼叫sysinfo系統呼叫，返回系統資訊，程式二則通過彙編程式碼呼叫系統呼叫，展示引數傳遞過程。

# include <stdio.h>
# include <sys/sysinfo.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
	struct sysinfo *info;
	error = sysinfo(info);
	printf("\n\ncode error = %d\n", error);
	printf("uptime: %d\n"
		"tatal ram: %d\n"
		"free ram: %d\n"
		"shared ram: %d\n"
		"buffer ram: %d\n"
		"tatal swap: %d\n"
		"free swap: %d\n"
		"process num: %d\n"
		"tatal high: %d\n"
		"free high: %d\n"
		"mem_unit: %d\n",
		sys->uptime, sys->tatalram,
		sys->freeram, sys->sharedram,
		sys->bufferram, sys->tatalswap,
		sys->freeswap, sys->procs,
		sys->tatalhigh, sys->freehigh,
		sys->mem_unit
		);
	return 0;
}
 

程式二：

# include <stdio.h>
# include <sys/sysinfo.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
	struct sysinfo *info;
	int error;
	asm volatile(
		"mov %1, %%ebx\n\t"
		"mov $0x74, %%eax\n\t"
		"int $0x80\n\t"
		"mov %%eax, %0\n\t"
		: "=m" (error)
		: "b" (info)
		);
	printf("\n\ncode error = %d\n", error);
	printf("uptime: %d\n"
		"tatal ram: %d\n"
		"free ram: %d\n"
		"shared ram: %d\n"
		"buffer ram: %d\n"
		"tatal swap: %d\n"
		"free swap: %d\n"
		"process num: %d\n"
		"tatal high: %d\n"
		"free high: %d\n"
		"mem_unit: %d\n",
		sys->uptime, sys->tatalram,
		sys->freeram, sys->sharedram,
		sys->bufferram, sys->tatalswap,
		sys->freeswap, sys->procs,
		sys->tatalhigh, sys->freehigh,
		sys->mem_unit
		);
	return 0;
}

由程式二里彙編程式碼：

asm volatile(
		"mov %1, %%ebx\n\t"
		"mov $0x74, %%eax\n\t"
		"int $0x80\n\t"
		"mov %%eax, %0\n\t"
		: "=m" (error)
		: "b" (info)
		);