第12章 系统调用与API

文章总结

系统调用介绍

每个操作系统都会提供一套接口，以供应用程序使用。这些接口往往通过中断来实现，比如Linux使用0x80号中断作为系统调用的入口，Windows采用0x2E号中断作为系统调用入口。

事实上Windows系统从Windows1.0以来到最新的Windows Vista，这数十年间API的数量从最初1.0时的450个增加到了现在的数千个，但是很少对已有的API进行改变。因为API一旦改变，很多应用程序将无法正常运行。

Linux系统调用

在x86下，调用由0x80中断完成，各个通用寄存器用于传递参数，EAX寄存器用于表示系统调用的接口号，比如EAX=1表示退出进程(exit);EAX=2表示创建进程（fork）；EAX=3表示读取文件或IO（read）；EAX=4表示写文件或IO(write)，每个系统调用都对应于内核源代码中的一个函数，它们都是以“sys_”开头的，比如exit调用对应内核中的sys_exit函数。当系统调用返回时，EAX又作为调用结果的返回值。

弊端

大部分系统调用有两个特点：

  • 使用不便
  • 各个操作系统之间系统调用不兼容

运行时库将不同的操作系统的系统调用包装为统一固定的接口，使得同样的代码，在不同的操作系统下都可以直接编译，一致的效果。这就是源代码级上的可移植性。

但是运行库也有运行库的缺陷，比如c语言的运行库为了保证多个平台之间能够相互通用，于是它只能取各个平台之间功能的交集。

系统调用原理

特权级与中断

操作系统一般是通过中断（Interrupt）来从用户态切换成内核态。中断一般具有两个属性，一个称为中断号（从0开始），一个称为中断处理程序（Interrupt Service Routine, ISR)。不同的中断具有不同的中断号，而同时一个中断处理程序一一对应一个中断号。在内核中，有一个数组称为中断向量表(lnterrupt Vector Table)，这个数组的第n项包含了指向第n号中断的中断处理程序的指针。当中断到来时，CPU会暂停当前执行的代码，根据中断的中断号，在中断向量表中找到对应的中断处理程序，并调用它。中断处理程序执行完成之后，CPU会继续执行之前的代码。

基于int的Linux的经典系统调用实现

以fork为例的Linux系统调用的执行流程：

  1. 触发中断
  2. 切换堆栈
    • ESP的值从位于用户栈，切换到内核栈
  3. 中断处理程序

Last Updated:
Contributors: klc407073648