了解对系统调用的更高级别调用

Question

我正在阅读 Galvin 关于 OS 的书。在第 2 章的末尾有一节，作者写到“向内核添加系统调用”。

他描述了如何使用 asmlinkage 创建一个包含函数的文件，并使其符合系统调用的条件。但在下一部分关于如何调用系统调用中，他写了以下内容：

" 不幸的是，这些是无法使用 C 语言语句执行的低级操作，而是需要汇编指令。幸运的是，Linux 提供了用于实例化包含适当汇编指令的包装函数的宏。例如，以下C 程序使用 _syscallO() 宏来调用新定义的系统调用：

基本上，我想了解 syscall() 函数的一般工作原理。现在，我对宏的理解是一个文本替换系统。 （如果我错了请纠正我） 宏如何调用汇编语言指令？ 编译时是否将 syscallO() 转换为指令的地址（操作码）以执行陷阱？（但这不知何故不符合我所拥有的宏的概念或定义） 里面包含的包装函数到底是什么，它们也是用汇编语言编写的吗？

假设，我想创建一个自己的函数来执行系统调用，那么我需要做什么。是否，我需要编译它来生成执行Trap指令的机器码？

Answer 1

伙计，你必须支付 156 美元才能读完这本书。您可能会以不到 30 美元的价格获得一本 VMS 内部结构和数据结构的书籍。

也就是说，让我试着把那些乱七八糟的东西翻译成英文。

系统调用不使用与其他函数相同的链接（即传递参数和调用函数的方法）。

不是执行某种调用指令，而是执行系统服务，而是触发一个异常（在 Intel 中，它被称为中断）。 p>

CPU 期望操作系统创建一个 DISPATCH TABLE 并将其位置和大小存储在一个特殊的硬件寄存器中。调度表是一个指向异常和中断处理程序的指针数组。

异常和中断都有编号，因此，当异常或中断编号 #1 发生时，CPU 会在内核模式下调用调度表中的 2d 异常处理程序（不是 #0，而是 #1）。

其中包含的包装函数到底是什么？它们也是用汇编语言编写的吗？

操作系统通常为系统服务提供一个（但有时更多）异常。你需要用汇编语言做一些这样的事情来调用系统服务：

INT $80 ; Explicitly trigger exception 80h 

因为您必须执行特定指令，所以它必须是汇编语言。也许您的 C 编译器可以在线执行汇编语言来调用这样的系统服务。但即使可以，每次您想调用系统服务时都必须这样做，这将是一个皇家 PITA。

另外我这里没有填写所有细节（只是对系统服务的实际调用）。通常，当您在 C（或其他）中调用函数时，参数会被压入程序堆栈。由于进入内核模式时堆栈通常会发生变化，因此系统调用的参数需要存储在寄存器中。

另外，您需要确定要执行的系统服务。通常，系统服务有编号。系统服务的编号被加载到第一个寄存器中（例如，R0 或 AX）。

需要调用系统服务时的完整流程是：

1. 将要覆盖的寄存器保存在堆栈中。
2. 将要传递给系统服务的参数加载到硬件寄存器中。
3. 将系统服务的编号加载到最低的寄存器中。
4. 触发异常进入内核模式。
5. 从寄存器中卸载系统服务返回的参数
6. 可能会做一些错误检查
7. 恢复您之前保存的寄存器。

操作系统不是每次调用系统服务时都这样做，而是为高级语言提供包装函数以供使用。您可以像通常调用函数一样调用包装器。包装器（用汇编语言）为您完成上述步骤。

因为这些包装器几乎相同（通常唯一的区别是参数数量不同的结果），所以可以使用宏来创建包装器。一些汇编器具有强大的宏工具，允许单个宏定义所有包装器，即使参数数量不同。

Linux 提供了多个创建包装器的 _syscall C 宏。每个参数数量都有一个。请注意，这些宏仅适用于操作系统开发人员。一旦有了包装器，每个人都可以使用它。

宏如何调用汇编语言指令？

这些 _syscall 宏必须生成行内汇编代码。

最后，请注意，这些包装器并未定义实际的系统服务。这必须在调度表和系统服务异常处理程序中设置。