原創内容（cxsmarkchan 陳曉爽）
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《Linux核心分析》MOOC課程學習筆記
為保證系統的穩定運作，CPU運作狀态被分為核心态和使用者态。作業系統在核心态下運作，是以擁有所有計算機資源的操作權限。而一般的應用程式則在使用者态下運作，它們不能直接操作底層的硬體裝置，進而保證應用軟體不會破壞系統的穩定。但是，應用程式在運作時常常需要和各種資源打交道，為此，作業系統提供了“系統調用”的功能，提供一組API，由使用者态程式調用。本文通過asm内聯彙編，分析系統調用的全過程。
1 系統調用的概念
下圖是一個典型的系統調用圖示：
從該函數可以看到，系統調用分成如下過程：
1. 使用者态程式調用API函數
xyz
2. 在
xyz
接口函數内部，通過中斷号
0x80
進入系統調用，此時CPU進入核心态。
3. CPU開始執行中斷處理程式，根據使用者傳入的資訊（系統調用号和相關參數），執行相應的核心态函數，并傳回結果。
這裡有兩個問題：
1. 核心态的切換是通過中斷方式進入的，而産生中斷時隻能傳入一個中斷向量（即
0x80
），而系統調用有大量的API函數，系統如何知道調用哪一個函數呢？
2. 有一些API函數帶有參數，而系統調用并沒有才有函數調用（
call
）方式，那麼參數如何傳遞到被調用函數？
答案是：在調用
int 0x80
進入系統調用前，預先把系統調用号和相關參數存入指定的寄存器中。這樣，系統調用函數隻需要通路相應的寄存器，就可以獲得所有的資訊。
事實上，在進入系統調用前，首先需要将系統調用号傳入
eax
寄存器中，并将參數依次傳入
ebx
、
ecx
、
edx
、
esi
、
edi
、
ebp
寄存器中。系統調用最多隻能傳入6個參數，如果參數多于6個，則需要将參數預存在記憶體中，然後将參數指針傳入寄存器。系統調用結束後，
eax
會被替換為系統調用傳回值。
2 用asm實作系統調用的執行個體
本文運作平台為實驗樓Linux核心分析的第4個實驗，運作環境為linux系統。
為了驗證系統調用的全過程，我們以exit函數為例，給出代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
int id;
scanf("%d", &id);
switch(id){
case :
//用C語言的方式調用exit函數
printf("C exit\n");
exit();
break;
case :
//用内聯彙編的方式調用exit函數
printf("asm exit\n");
asm volatile(
"mov $0, %%ebx\n\t"
"mov $0x1, %%eax\n\t"
"int $0x80\n\t"
:
:
);
break;
default:
printf("others\n");
break;
}
printf("before return\n");
return ;
}
該函數中，首先輸入參數id。如果id為0，則調用C代碼的exit函數。如果id為1，則調用彙編代碼的exit函數。如果id為其他值，則順序執行至main函數結尾。
事實上，上文的代碼采用C代碼和内聯彙編實作了等價的功能，即
exit(0)
功能。可以分析一下内聯彙編的工作方式：
1.
mov $0, %ebx
：exit函數的第1個參數（也是唯一一個參數）為0，按照寄存器順序，應該放在
ebx
中。
2.
mov $0x1, %eax
：exit函數的系統調用号為
0x1
，是以把系統調用号放入
eax
中。
3.
int 0x80
：産生中斷，中斷号
0x80
表示系統調用。
執行了以上3步，即為執行了exit(0)函數。程式的運作結果如下：
可見，輸入0或1時，都沒有輸出
"before return"
，說明exit被成功調用，程式提前退出。
3 小結
系統調用既保證了作業系統的安全運作，也友善了使用者态程式使用系統資源。用内聯彙編的方式處理系統調用，可以很清晰地看出系統調用的過程，以及系統調用的參數傳遞方式。系統調用通過寄存器傳遞參數，是以在進行系統調用前，通常還需要備份相關寄存器中的資訊。不過，在内聯彙編中，這個工作會被編譯器代勞。