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LINUX 源码解读:系统调用的设计与实现 5080309910 张至先 介绍 系统调用是操作系统内核提供的，为了和用户空间上运行的进程进行交互的一组接 口，通过该接口，应用程序可以访问硬件设备和其他操作系统资源。 系统调用主要有三个作用： a. 为用户空间提供一种硬件的抽象接口。 b. 保证了系统的稳定与安全。 c. 实现多任务和虚拟内存。 对于用户空间的进程，在一般情况下是通过应用编程接口（API）而不是系统调用 来进行编程，有些 API 往往直接封装了系统调用，但这并不意味着两者是一一对应的。 当前最流行的 API 是基于 POSIX 标准的。 原理 本节通过对 getpid()的跟踪，来由外向内的了解 linux 系统调用的原理。 库函数 首先，用户进程调用 glibc 中的 getpid()函数，这个函数在 include/unistd.h 中声明， 其函数原型为： extern __pid_t __getpid (void); 由于其实现是平台相关的，我们关注的实现在 /glibc/nptl/sysdeps/unix/sysv/linux/getpid.c 中。 pid_t __getpid (void) { #ifdef NOT_IN_libc INTERNAL_SYSCALL_DECL (err); pid_t result = INTERNAL_SYSCALL (getpid, err, 0); #else pid_t result = THREAD_GETMEM (THREAD_SELF, pid); if (__builtin_expect (result = 0, 0)) result = really_getpid (result); #endif return result; } 其中引发系统调用的是 INTERNAL_SYSCALL 宏，定义在 /glibc/nptl/sysdeps/unix/sysv/linux/i386/sysdep.h 中。 # define INTERNAL_SYSCALL(name, err, nr, args...) \ ({ \ register unsigned int resultvar; \ EXTRAVAR_##nr \ asm volatile ( \ LOADARGS_##nr \ movl %1, %%eax\n\t \ int $0x80\n\t \ RESTOREARGS_##nr \ : =a (resultvar) \ : i (__NR_##name) ASMFMT_##nr(args) : memory, cc); \ (int) resultvar; }) 这一段主要是通过汇编来完成的，高亮的两句为重点，前一句将系统调用号放入 eax 寄存器，后一句进行一个中断号为 0x80 的软中断，这里的中断处理程序正是 系统调用处理程序。 系统调用处理程序 这个系统调用处理程序 system_call 定义在/arch/x86/kernel/entry_32.S 中。 首先给出一些宏的说明。 #define CFI_STARTPROC .cfi_startproc