【linux】系統調用解析

注意：本文參考x86_64結構下的2.6.34源代碼。

聲明與註冊

系統調用作爲內核與用戶進程的接口，充當了中間人的角色，使內核儘可能安全的滿足用戶進程的請求。linux內核提供了300個系統調用（參考源碼目錄中./arch/x86/include/asm/unistd_64.h文件），每個系統調用均擁有一個唯一且不變的系統調用號，舉個getpid系統調用的例子：

#define __NR_getpid				39
__SYSCALL(__NR_getpid, sys_getpid)

根據arch/x86/kernel/syscall_64.c文件中關於__SYSCALL的宏定義

#define __SYSCALL(nr, sym) extern asmlinkage void sym(void);

預處理後的代碼如下所示：

extern asmlinkage void sys_getpid(void);

會有細心的讀者發現__SYSCALL中的nr參數並沒有使用，後面會詳細講到這個問題。

但此時僅聲明瞭函數。接下來要進行函數的註冊，將函數地址保存在調用列表（sys_call_table）中。

這裏需要特別說明一下，linux內核使用了對同一個頭文件，進行兩次預處理的方式完成，這種方式比較少見。以下代碼爲arch/x86/kernel/syscall_64.c文件的部分代碼（刪除了無關的代碼），分別進行了兩次__SYSCALL的宏定義，且分別載入兩次頭文件asm/unistd_64.h，這麼做的目的是進行函數的聲明後複用代碼進行註冊。在編譯的預處理階段，頭文件會在聲明處展開，第一個unistd_64.h展開後，__SYSCALL宏定義全部被替換成函數聲明，第二個unistd_64.h被展開後，__SYSCALL宏定義被替換成地址註冊。

#define __SYSCALL(nr, sym) extern asmlinkage void sym(void) ;
#undef _ASM_X86_UNISTD_64_H
#include <asm/unistd_64.h>
#undef __SYSCALL
#define __SYSCALL(nr, sym) [nr] = sym,
#undef _ASM_X86_UNISTD_64_H

typedef void (*sys_call_ptr_t)(void);

extern void sys_ni_syscall(void);

const sys_call_ptr_t sys_call_table[__NR_syscall_max+1] = {
	[0 ... __NR_syscall_max] = &sys_ni_syscall,
#include <asm/unistd_64.h>
};

仍然以getpid函數調用舉例，通過第二次對頭文件的展開，此時nr參數被替換成39，函數註冊完成。

[39] = sys_getpid,

至此，函數的聲明與註冊代碼如下形式（省略了其他函數）：

extern asmlinkage void sys_getpid(void);
typedef void (*sys_call_ptr_t)(void);
extern void sys_ni_syscall(void);
const sys_call_ptr_t sys_call_table[__NR_syscall_max+1] = {
	[0 ... __NR_syscall_max] = &sys_ni_syscall,
	[39] = sys_getpid,
};

系統調用的實現

系統調用getpid實現了獲取當前進程的pid，實現代碼位於kernel/timer.c文件中，如下所示：

SYSCALL_DEFINE0(getpid)
{
	return task_tgid_vnr(current);
}

其中的宏定義SYSCALL_DEFINE0定義於include/linux/syscalls.h，如下所示：

#define SYSCALL_DEFINE0(name)	asmlinkage long sys_##name(void)

預編譯後，代碼變爲如下形式，這是一個無參數的系統調用。另外需要注意，內核實現中，所有的系統調用都應遵守sys_funcname的形式。

asmlinkage long sys_getpid(void)
{
	return task_tgid_vnr(current);
}