Linux系统调用------通过time系统调用理解系统调用的执行过程

2019-11-06 06:41:58

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一、重点知识（1）用户栈与内核栈内核栈：存在于内核空间，当进程在内核栈里运行时，CPU栈顶指针寄存器里面的内容是内核栈空间地址，使用内核栈。用户栈：存在于用户空间，当进程在用户栈里运行时，CPU栈顶指针寄存器里面的内容是用户栈空间地址，使用用户栈。（2）用户态与内核态用户态：用户在非特权模式下，访问会资源会受到限制。内核栈：用户在特权模式下，可随意访问资源为什么要区分用户态与内核态？因为在操作系统中有很多很重要的代码要保证安全性，不可被任意修改，区别用户态和内核态可访问的空间，保证了系统的安全，防止因不当操作而造成的系统崩溃。在Linux中有0和3两种运行级别：0表示内核态，3表示用户态（3）利用地址空间区别内核态和用户态只有内核态可以访问0xc0000000以上的地址空间，0x00000000到0xbfffffff在两种状态下都可以访问（4）内核态与用户态的切换当进程因为硬件中断或者系统调用，而从用户态转变为内核态时，进程所使用的堆栈要从用户栈变为内核栈，此时进程进入内核态后，首先，在内核态上保存用户态堆栈上的地址，设置堆栈指针寄存器的内容为当前进程的内核栈地址，这样就完成了用户栈向内核栈的切换。当进程从内核态恢复到用户态时，将内核态保存的用户态的堆栈地址恢复到栈指针寄存器，这样就完成了内核态向用户态的切换。（5）系统调用 1.系统调用与API（应用程序编程接口）区别 API只是一个函数定义，而系统调用通过软中断向内核发出一个明确的请求。不是每个API都对应一个特定的系统调用。首先，API可能直接提供用户态的服务(比如一些数学函数)，其次，一个单独的API可能调用几个系统调用，不同的API可能调用了同一个系统调用。 2.系统调用的优点系统调用为用户提供了调用与硬件设备等进行交互的接口，可以将用户从底层的硬件编程中解放出来，提高系统的安全性，是用户程序具有更好的可移植性。 3.系统调用时执行的操作 1）在进程的内核态堆栈中保存大多数寄存器的内容(即保存恢复进程到用户态执行所需要的上下文) 2）根据用户态传递的系统调用号，确定系统调用的服务例程 3）调用名为系统调用服务例程的相应的C函数来处理系统调用 4）从系统调用返回 4.系统调用的过程描述这里写图片描述简单描述系统调用的执行过程：在用户态下执行某个API函数，在API函数中有一个int 0x80的中断向量，触发后，由用户态进入内核态，保存现场，查找system_ call表找到相应的系统调用号，找到后执行相应的系统调用服务例程，执行过后返回，恢复现场，回到用户态。这里写图片描述可以发现：用户模式下的API函数xyz()中在执行时触发了中断向量int 0x80,随后进入了内核态，保存现场，执行相应的服务例程。 中断向量0x80与system_call连接起来，system _call包含了很多系统调用，通过系统号找到特定的服务例程。系统调用号将xyz与sys _xyz关联起来。 5.系统调用的参数传递（从用户态向内核态传递参数）规则：（1）每个参数的残毒不能超过寄存器的长度（2）在系统调用号（eax）外，参数的个数不能超过6个（ebx,ecx,edx,esi,edi,ebp）,如果超过6个，将某一个寄存器作为一个指针指向一块内存，到达内核栈后，通过这块内存来传递参数二、实验内容 1.简单的系统调用time，获得系统时间

//This PRogram tests syscall call such as time#include <stdio.h>#include <time.h>int main(){ time_t tt; struct tm *t; tt = time(NULL);//time系统调用多的当前系统时间 t = localtime(&tt); //将tt这个size_t的整数转换成tm结构体中的变量 printf("time:%d/%d/%d ,%d:%d:%d/n",t->tm_year+1900,t->tm_mon,t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec); return 0;}

实验执行结果：gcc …… -m32，64位的系统按32位编译程序这里写图片描述 2.利用内嵌汇编代码深层了解系统调用过程

#include <stdio.h>#include <time.h>//this program :use asm to call timeint main(){ time_t tt; struct tm *t; asm volatile( "mov $0,%%ebx/n/t" //ebx用来传递系统调用的第一个参数，这里传递的是NULL代表当前时间 "mov $0xd,%%eax/n/t" //time系统调用的系统调用号是13（d），用eax来传递系统调用号 "int $0x80/n/t" //触发系统调用 "mov %%eax,%0/n/t" //将系统调用的返回值存储到%0（tt变量中） :"=m" (tt) ); t = localtime(&tt); printf("time:%d/%d/%d ,%d:%d:%d/n",t->tm_year+1900,t->tm_mon,t->tm_mday,t->tm_hour,t->tm_min,t->tm_sec); return 0;}

实验执行结果这里写图片描述在这段内嵌汇编代码中，模仿了time系统调用的功能，在编写代码时我们用ebx来传递系统调用的第一个参数，用eax来传递系统调用号，通过int $0x80产生系统中断，执行系统调用号为13的系统调用，将返回的结果保存下来，这就完成了一次系统调用的模拟。三、实验总结今天的实验简单的了解了系统调用的基本知识，包括内核态与用户态、内核栈与用户栈以及在系统调用过程中，如何从内核态过渡到用户态等。形象化的记忆将系统调用可以看成三层皮：API函数，system_ call,sys _xxx()系统调用服务例程。要清楚系统调用的执行过程。