【linux】系统调用解析

注意：本文参考x86_64结构下的2.6.34源代码。

声明与注册

系统调用作为内核与用户进程的接口，充当了中间人的角色，使内核尽可能安全的满足用户进程的请求。linux内核提供了300个系统调用（参考源码目录中./arch/x86/include/asm/unistd_64.h文件），每个系统调用均拥有一个唯一且不变的系统调用号，举个getpid系统调用的例子：

#define __NR_getpid				39
__SYSCALL(__NR_getpid, sys_getpid)

根据arch/x86/kernel/syscall_64.c文件中关于__SYSCALL的宏定义

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

预处理后的代码如下所示：

extern asmlinkage void sys_getpid(void);

会有细心的读者发现__SYSCALL中的nr参数并没有使用，后面会详细讲到这个问题。

但此时仅声明了函数。接下来要进行函数的注册，将函数地址保存在调用列表（sys_call_table）中。

这里需要特别说明一下，linux内核使用了对同一个头文件，进行两次预处理的方式完成，这种方式比较少见。以下代码为arch/x86/kernel/syscall_64.c文件的部分代码（删除了无关的代码），分别进行了两次__SYSCALL的宏定义，且分别载入两次头文件asm/unistd_64.h，这么做的目的是进行函数的声明后复用代码进行注册。在编译的预处理阶段，头文件会在声明处展开，第一个unistd_64.h展开后，__SYSCALL宏定义全部被替换成函数声明，第二个unistd_64.h被展开后，__SYSCALL宏定义被替换成地址注册。

#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函数调用举例，通过第二次对头文件的展开，此时nr参数被替换成39，函数注册完成。

[39] = sys_getpid,

至此，函数的声明与注册代码如下形式（省略了其他函数）：

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,
};

系统调用的实现

系统调用getpid实现了获取当前进程的pid，实现代码位于kernel/timer.c文件中，如下所示：

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

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

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

预编译后，代码变为如下形式，这是一个无参数的系统调用。另外需要注意，内核实现中，所有的系统调用都应遵守sys_funcname的形式。

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