1、2020/9/5,嵌入式OS,1,系統(tǒng)調(diào)用,李春杰,2020/9/5,嵌入式OS,2,系統(tǒng)調(diào)用的意義,操作系統(tǒng)為用戶態(tài)進(jìn)程與硬件設(shè)備進(jìn)行交互提供了一組接口系統(tǒng)調(diào)用 把用戶從底層的硬件編程中解放出來 極大的提高了系統(tǒng)的安全性 使用戶程序具有可移植性,2020/9/5,嵌入式OS,3,API和系統(tǒng)調(diào)用,應(yīng)用編程接口(application program interface, API)和系統(tǒng)調(diào)用是不同的 API只是一個(gè)函數(shù)定義 系統(tǒng)調(diào)用通過軟中斷向內(nèi)核發(fā)出一個(gè)明確的請(qǐng)求 Libc庫定義的一些API引用了封裝例程(wrapper routine，唯一目的就是發(fā)布系統(tǒng)調(diào)用) 一般每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)一個(gè)封

2、裝例程 庫再用這些封裝例程定義出給用戶的API,2020/9/5,嵌入式OS,4,不是每個(gè)API都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的系統(tǒng)調(diào)用。 首先，API可能直接提供用戶態(tài)的服務(wù)(比如一些數(shù)學(xué)函數(shù)) 其次，一個(gè)單獨(dú)的API可能調(diào)用幾個(gè)系統(tǒng)調(diào)用 不同的API可能調(diào)用了同一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用 返回值 大部分封裝例程返回一個(gè)整數(shù)，其值的含義依賴于相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用 -1在多數(shù)情況下表示內(nèi)核不能滿足進(jìn)程的請(qǐng)求 Libc中定義的errno變量包含特定的出錯(cuò)碼,2020/9/5,嵌入式OS,5,系統(tǒng)調(diào)用程序及服務(wù)例程,當(dāng)用戶態(tài)進(jìn)程調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，CPU切換到內(nèi)核態(tài)并開始執(zhí)行一個(gè)內(nèi)核函數(shù)。 在Linux中是通過執(zhí)行arm匯編語言sw

3、i來執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的 傳參：內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了很多不同的系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)程必須傳遞一個(gè)名為系統(tǒng)調(diào)用號(hào)的參數(shù)來指明需要調(diào)用的系統(tǒng)調(diào)用，arm中與swi的操作碼混在一起,2020/9/5,嵌入式OS,6,所有的系統(tǒng)調(diào)用返回一個(gè)整數(shù)值。這里的返回值與封裝例程返回值的約定是不同的。 正數(shù)或0表示系統(tǒng)調(diào)用成功結(jié)束,2020/9/5,嵌入式OS,7,系統(tǒng)調(diào)用處理程序也其他異常處理程序的結(jié)構(gòu)類似，執(zhí)行下列操作 在進(jìn)程的內(nèi)核態(tài)堆棧中保存大多數(shù)寄存器的內(nèi)容(即保存恢復(fù)進(jìn)程到用戶態(tài)執(zhí)行所需要的上下文) 根據(jù)用戶態(tài)傳遞的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，確定系統(tǒng)調(diào)用的服務(wù)例程 調(diào)用名為系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程的相應(yīng)的C函數(shù)來處理系統(tǒng)調(diào)用 從系統(tǒng)調(diào)用返回,20

4、20/9/5,嵌入式OS,8,應(yīng)用程序、封裝例程、系統(tǒng)調(diào)用處理程序及系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程之間的關(guān)系,vector_swi,ret_.,2020/9/5,嵌入式OS,9,系統(tǒng)調(diào)用表和系統(tǒng)調(diào)用,為了把系統(tǒng)調(diào)用號(hào)與相應(yīng)的服務(wù)例程關(guān)聯(lián)起來，內(nèi)核利用了一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用分派表(dispatch table) 參見sys_call_table的定義 尋找sys_call_table是如何使用的,arch/arm/kernel/calls.S,閱讀：arch/arm/kernel/entry-common.S：vector_swi,舉一個(gè)例子來說:open系統(tǒng)調(diào)用，庫函數(shù)最終會(huì)調(diào)用_syscall(open)，宏展開

5、之后為swi #_NR_open，即，swi #0 x900005觸發(fā)中斷，中斷號(hào)0 x900005存放在lr，#-4地址中，產(chǎn)生SWI中斷。 處理器跳轉(zhuǎn)到arch/arm/kernel/entry-common.S中vector_swi讀取lr，#-4地址中的中斷號(hào)，之后查詢arch/arm/kernel/entry-common.S中的sys_call_table系統(tǒng)調(diào)用表，該表內(nèi)容在arch/arm/kernel/calls.S中定義，_NR_open在表中對(duì)應(yīng)的順序號(hào)為 _syscall_start: . .long SYMBOL_NAME(sys_open) /第5個(gè) . 將sys_

6、call_table5中內(nèi)容傳給pc，系統(tǒng)進(jìn)入sys_open函數(shù)，處理實(shí)質(zhì)的open動(dòng)作,系統(tǒng)調(diào)用號(hào),在內(nèi)核的文件ainclue/arm/asm/unistd.h中可以看到： #ifndef _ASM_ARM_UNISTD_H #define _ASM_ARM_UNISTD_H #define _NR_OABI_SYSCALL_BASE0 x900000 #if defined(_thumb_) | defined(_ARM_EABI_) #define _NR_SYSCALL_BASE0 #else #define _NR_SYSCALL_BASE_NR_OABI_SYSCALL_BASE

7、 #endif /* * This file contains the system call numbers. */ #define _NR_restart_syscall(_NR_SYSCALL_BASE+ 0) #define _NR_exit(_NR_SYSCALL_BASE+ 1) #define _NR_fork(_NR_SYSCALL_BASE+ 2) #define _NR_read(_NR_SYSCALL_BASE+ 3) #define _NR_write(_NR_SYSCALL_BASE+ 4) #define _NR_open(_NR_SYSCALL_BASE+ 5)

8、#define _NR_close(_NR_SYSCALL_BASE+ 6),系統(tǒng)調(diào)用表sys_call_table,linux/arch/arm/kernel/calls.S /* 0 */ CALL(sys_restart_syscall) CALL(sys_exit) CALL(sys_fork_wrapper) CALL(sys_read) CALL(sys_write) /* 5 */CALL(sys_open) CALL(sys_close) CALL(sys_ni_syscall)/* was sys_waitpid */ CALL(sys_creat) CALL(sys_lin

9、k) /* 10 */CALL(sys_unlink) CALL(sys_execve_wrapper) CALL(sys_chdir) CALL(OBSOLETE(sys_time)/* used by libc4 */ CALL(sys_mknod),ldrccpc, tbl, scno, lsl #2 call sys_* routine,系統(tǒng)調(diào)用入口arch/arm/kernel/entry-head.S,執(zhí)行代碼arch/arm/kernel/entry-common.S,1、保存相關(guān)上下文 2、Get the system call number 3、根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)確定相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用表的相關(guān)項(xiàng) adrlr, ret_fast_syscall return address ldrccpc, tbl, scno, lsl #2 call sys_* routine 執(zhí)行相關(guān)服務(wù)例程 執(zhí)行完返回,閱讀：arch/arm/kernel/ent