系统调用的三层机制（上）
一、知识积累
1、
内核态：高执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意物理地址，CPU执行级别就对应内核态。
用户态：低级别指令，只能在对应级别允许的范围内活动。
中断处理是从用户态进入内核态主要的方式
2、寄存器上下文
- 从用户态切换到内核态时，必须保存用户态的寄存器上下文。
- 中断/int指令会在堆栈上保存一些寄存器的值，如：用户态栈顶地址、当时的状态字、当时的CS：eip的值。
3、应用编程接口API和系统调用是不同的
API只是一个函数定义。
系统调用通过软中断向内核发出明确请求。
4、系统调用的三层皮
API XYZ，中断向量system_call，中断服务程序sys_xyz
二、实验楼实验
使用库函数 API 和 C 代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用
1、查看系统调用号信息
选择getuid进行此次实验，其系统调用号为102，即0x66。
2、通过man getuid查看getuid系统调用相关信息，可以看到其功能是返回当前调用进程的用户ID：
3、库函数API的方式进行系统调用
编写getuid.c文件，通过getuid()方法获取用户ID：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int usrid;
usrid=getuid();
printf("The user id is %d\n",usrid);
return 0;
}
编译执行
4、C 代码中嵌入汇编代码方式进行系统调用
修改getuid.c，嵌入汇编代码，将系统调用号0x66赋给eax寄存器，系统调用后将返回值赋给变量usrid
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int usrid;
asm volatile(
"mov $0,%%ebx\n\t"
"mov $0x66,%%eax\n\t"
"int $0x80\n\t"
"mov %%eax,%0\n\t"
:"=m"(usrid)
);
printf("The user id is %d\n",usrid);
return 0;
}
编译执行
这里出错了，查询资料后发现，linux系统中64位汇编和32位汇编的系统调用主要有以下不同：
（1）系统调用号不同.linux系统调用号实际上定义在/usr/include/asm/unistd_32.h和/usr/include/asm/unistd_64.h中。
（2）系统调用所使用的寄存器不同，x86_64中使用与eax对应的rax传递系统调用号，但是 x86_64中分别使用rdi/rsi/rdx传递前三个参数，而不是x86中的ebx/ecx/edx。
（3）系统调用使用“syscall”而不是“int 80”。
修改成32位汇编系统下的调用
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int usrid;
asm volatile(
"mov $0,%%ebx\n\t"
"mov $0x18,%%eax\n\t" #getuid在32位系统下系统调用号为24，即0x18
"int $0x80\n\t"
"mov %%eax,%0\n\t"
:"=m"(usrid)
);
printf("The user id is %d\n",usrid);
return 0;
}
三、总结
本节主要学习了系统调用机制，通过分别使用库函数 API 和 C 代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用，来进行练习。
系统调用流程：第一步，代码调用系统调用( xyz )，该函数是一个包装系统调用的库函数；库函数 ( xyz )负责准备向内核传递的参数，并触发软中断，切换到内核；CPU被软中断打断后，执行中断处理函数 ，即系统调用处理函数 ( system_call)；系统调用处理函数调用系统调用服务例程 (sys_xyz )，真正开始处理该系统调用。