Linux系統調用

Linux系統調用實現原理舉例

Linux系統調用的原理很簡單：將系統調用號放在eax寄存器，將參數放在相關寄存器，然後通過int指令產生一個軟中斷便進入內核。從內核返回後，eax寄存器裏面存放的是返回值。以下針對常用的x86以及x86_64體系結構，用sys_write系統調用進行舉例說明：

x86版本

這個例子利用sys_write系統調用往標準輸出輸出一個"Hello world!"字符串。x86下，sys_write系統調用號是4，需要的參數分別是文件描述符，字符串地址，還有字符串長度，依次放在ebx、ecx以及edx寄存器。通過int指令產生一個軟中斷，從而進入內核。內核處理完系統調用後，將返回值放在eax寄存器。例子中實現了一個myprint函數，該函數實現了參數準備，激發系統調用以及結果處理等邏輯，功能層次跟libc類似。x86系統調用號請參看：點擊打開鏈接。

#include <stdint.h>  // ① 包含幾個頭文件，獲得64位變量定義，strlen定義，以及errno定義等基本功能
#include <string.h>
#include <errno.h>

int myprint(char *msg)
{
  uint32_t syswrite_no=4, ret;  // ②  參數聲明並初始化
  uint32_t write_fd=1, msg_len=strlen(msg);

  asm("int $0x80;"  // ③ 準備參數（設置相關寄存器），int指令產生一個0x80軟中斷，進入內核
      :"=a"(ret)
      :"a"(syswrite_no), "b"(write_fd), "c"(msg), "d"(msg_len));

  if (ret < 0)
  {
    errno = -ret;  // ④ 如果系統調用出錯，設置errno，返回-1
    return -1;
  }

  return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  char *msg = "Hello world!\n";  // ⑤ 準備參數，然後調用myprint，跟調用printf參不多
  if (myprint(msg) == -1)
    perror("myprint");

  return 0;
}

說明：asm第一個冒號表示輸出寄存器，最後把eax寄存器的值輸出到ret變量；第二個冒號表示輸入寄存器，把syswrite_no、write_fd、msg，以及msg_len變量的值分別放到eax，ebx，ecx，以及edx寄存器。這裏由於x86的通用寄存器有限，就沒有進行展開，下面x86_64的例子有做展開。

x86_64版本

在x86_64機器下，跟x86差不多，只有一點小差別。系統調用號放在rax寄存器，參數依次放在rdi，rsi和rdx等寄存器裏面，最後用syscall指令進入內核。注意到，應該使用64位寄存器。從內核返回後，返回值就在rax寄存器裏面。再次注意，不能用int 0x80指令進入內核，x86_64下是使用一條更專用的指令：syscall。系統調用號跟x86下也有區別，具體請看這裏：點擊打開鏈接。

#include <stdint.h>  // ① 包含幾個頭文件，獲得64位變量定義，strlen定義，以及errno定義等基本功能
#include <string.h>
#include <errno.h>

int myprint(char *msg)
{
  uint64_t syswrite_no=1, ret;  // ②  參數聲明並初始化
  uint64_t write_fd=1, msg_len = strlen(msg);

  asm("movq %1, %%rax;"  // ③ 準備參數（設置相關寄存器），syscall指令進行系統調用
      "movq %2, %%rdi;"
      "movq %3, %%rsi;"
      "movq %4, %%rdx;"
      "syscall;"
      "movq %%rax, %0;"
      : "=r"(ret)
      : "r"(syswrite_no), "r"(write_fd), "r"(msg), "r"(msg_len)
      : "%rax", "%rdi", "%rsi", "%rdx");

  if (ret < 0)
  {
    errno = -ret;  // ④ 如果系統調用出錯，設置errno，返回-1
    return -1;
  }

  return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  char *msg = "Hello world!\n";  // ⑤ 準備參數，然後調用myprint，跟調用printf參不多
  if (myprint(msg) == -1)
    perror("myprint");

  return 0;
}