[C++知识库]系统调用：用户级函数如何通过INT 80中断进入操作系统内核

以printf()打印内核中的一段字符串为例

1. printf()是用户函数无法进入内核，因此需要进行系统调用，进入内核的方式是使用int 0x80中断

2. printf()函数想要进入系统内核是通过系统调用write()实现

   /*
    * 位置：linux/lib/write.c
    */
   #define __LIBRARY__
   #include <unistd.h>
   _syscall3(int,write,int,fd,const char *,buf,off_t,count)
   

3. _syscall3被展开成一段包含int 0x80中断汇编代码的C代码，见下文代码

   /*
    * 位置：include/unistd.h
    */
   ...
   #define __NR_write	4
   ...
   /*
    * 定义了一个返回值 long型变量:__res
    * __asm__ 表示准备内嵌汇编代码 volatile表示编译器不对代码进行优化
    * "int $0x80" 表示调用int 0x80中断
    */
   #define _syscall3(type,name,atype,a,btype,b,ctype,c) \
   type name(atype a,btype b,ctype c) \
   { \
   long __res; \  					
   __asm__ volatile ("int $0x80" \	
   	: "=a" (__res) \					
   	: "0" (__NR_##name),"b" ((long)(a)),"c" ((long)(b)),"d" ((long)(c))); \
   if (__res>=0) \
   	return (type) __res; \
   errno=-__res; \
   return -1; \
   }
   /*
   // 指明%ebx中存放了输入参数a，也即实际的操作为：将参数a赋值给%ebx中
   // 指明%ecx中存放了输入参数b，也即实际的操作为：将参数b赋值给%ecx中
    * 注意：AT&T语法中
    * $表示立即数  %表明这是一个寄存器
    * 17行："=a" 指定输出操作数的典型规则，'=' 是输出操作数的特有字段，表明只写；
    * 17行：'a'表明先将结果输出到%eax中，然后再由%eax输出到__res中
    * 18行：输入参数的规则
    * 18行："0"表明和输出寄存器是同一个寄存器，也即%eax，意思是输入参数__NR_##name会存放在%eax中
    * 18行："b"((long)(a))表明输入参数a会放在寄存器%ebx中,也即会将参数a先存储到%ebx中
    * 
    * 综上：该内嵌代码的意思是：
    * 调用int 0x80中断
    * 输入参数是__NR_##name、a、b、c
    * 返回值先存放在%eax中，然后再赋值到__res中
    */
   

   因此_syscall3(int,write,int,fd,const char *,buf,off_t,count)其展开后结果如下所示：

   

4. 通过int 0x80中断，代码将进入系统内核

   操作系统的已经做好准备工作如下示：

   ①main.c中初始化

   

   ②在函数sched_init()中设置系统调用中断门，引导int 0x80中断，可以看到该中断需要靠system_call函数处理

   

   ③int 0x80中断的处理，set_system_gate()其实就是宏_set_gate()

   
   

   ④宏_set_gate()也是嵌入汇编指令，其中的addr是&system_call，是个地址；该宏主要就是初始化好了IDT表中int 0x80对应的表项

   • 上述的&idt即为IDT表的起始位置，所以&idt[n](这里n=0x80)就表示中断0x80对应的表项在IDT表中位置
   • 设置好CS=8，其中CPL=0
   • 设置好IP=addr

   ⑤如此一来，当int 0x80中断来的时候，根据CS = 8 也即段选择子为8，就可以去GDT表中找到真正要执行的代码的段基地址，然后结合IP的偏移，找到INT 0x80的实际处理函数system_call

5. 下面我们进入system_call代码，也即真正的中断处理程序linux/kernel/system_call.s在程序中，跳到一个表里面的一个函数地址

   

   _sys_call_table是一个函数地址表，其中write对应的处理函数的地址就放在表的%eax索引处

   

6. 然而sys_write才是真正的处理函数，可以对内核中的数据进行读取，也就是所谓的系统调用