Linux 下系統調用的三種方法

系統調用（System Call）是操作系統為在用戶態(tài)運行的進程與硬件設備（如CPU、磁盤、打印機等）進行交互提供的一組接口。當用戶進程需要發(fā)生系統調用時，CPU 通過軟中斷切換到內核態(tài)開始執(zhí)行內核系統調用函數。下面介紹Linux 下三種發(fā)生系統調用的方法：

通過 glibc 提供的庫函數

glibc 是 Linux 下使用的開源的標準 C 庫，它是 GNU 發(fā)布的 libc 庫，即運行時庫。glibc 為程序員提供豐富的 API（Application Programming Interface），除了例如字符串處理、數學運算等用戶態(tài)服務之外，最重要的是封裝了操作系統提供的系統服務，即系統調用的封裝。那么glibc提供的系統調用API與內核特定的系統調用之間的關系是什么呢？

通常情況，每個特定的系統調用對應了至少一個 glibc 封裝的庫函數，如系統提供的打開文件系統調用sys_open對應的是 glibc 中的open函數；
其次，glibc 一個單獨的 API 可能調用多個系統調用，如 glibc 提供的printf函數就會調用如sys_open、sys_mmap、sys_write、sys_close等等系統調用；
另外，多個 API 也可能只對應同一個系統調用，如glibc 下實現的malloc、calloc、free等函數用來分配和釋放內存，都利用了內核的sys_brk的系統調用。

舉例來說，我們通過 glibc 提供的chmod函數來改變文件etc/passwd的屬性為 444：

#include #include #include #include int main(){ int rc; rc = chmod("/etc/passwd", 0444); if (rc == -1) fprintf(stderr, "chmod failed, errno = %d\n", errno); else printf("chmod success!\n"); return 0;}

#include

int main()

{

????????int rc;

????????rc = chmod("/etc/passwd", 0444);

????????if (rc == -1)

????????????????fprintf(stderr, "chmod failed, errno = %d\n", errno);

????????else

????????????????printf("chmod success!\n");

????????return 0;

}

在普通用戶下編譯運用，輸出結果為：

chmod failed, errno = 1

上面系統調用返回的值為-1，說明系統調用失敗，錯誤碼為1，在/usr/include/asm-generic/errno-base.h文件中有如下錯誤代碼說明：

#define EPERM 1 /* Operation not permitted */

#define EPERM?????? 1????????????????/* Operation not permitted */

即無權限進行該操作，我們以普通用戶權限是無法修改 /etc/passwd 文件的屬性的，結果正確。

使用 syscall 直接調用

使用上面的方法有很多好處，首先你無須知道更多的細節(jié)，如 chmod 系統調用號，你只需了解 glibc 提供的 API 的原型；其次，該方法具有更好的移植性，你可以很輕松將該程序移植到其他平臺，或者將 glibc 庫換成其它庫，程序只需做少量改動。
但有點不足是，如果 glibc 沒有封裝某個內核提供的系統調用時，我就沒辦法通過上面的方法來調用該系統調用。如我自己通過編譯內核增加了一個系統調用，這時 glibc 不可能有你新增系統調用的封裝 API，此時我們可以利用 glibc 提供的syscall函數直接調用。該函數定義在unistd.h頭文件中，函數原型如下：

long int syscall (long int sysno, ...)

sysno是系統調用號，每個系統調用都有唯一的系統調用號來標識。在sys/syscall.h中有所有可能的系統調用號的宏定義。
…為剩余可變長的參數，為系統調用所帶的參數，根據系統調用的不同，可帶0~5個不等的參數，如果超過特定系統調用能帶的參數，多余的參數被忽略。
返回值該函數返回值為特定系統調用的返回值，在系統調用成功之后你可以將該返回值轉化為特定的類型，如果系統調用失敗則返回 -1，錯誤代碼存放在errno中。

還以上面修改 /etc/passwd 文件的屬性為例，這次使用 syscall 直接調用：

#include #include #include #include int main(){ int rc; rc = syscall(SYS_chmod, "/etc/passwd", 0444); if (rc == -1) fprintf(stderr, "chmod failed, errno = %d\n", errno); else printf("chmod succeess!\n"); return 0;}

#include

int main()

{

????????int rc;

????????rc = syscall(SYS_chmod, "/etc/passwd", 0444);

????????if (rc == -1)

????????????????fprintf(stderr, "chmod failed, errno = %d\n", errno);

????????else

????????????????printf("chmod succeess!\n");

????????return 0;

}

在普通用戶下編譯執(zhí)行，輸出的結果與上例相同。

通過 int 指令陷入

如果我們知道系統調用的整個過程的話，應該就能知道用戶態(tài)程序通過軟中斷指令int 0x80來陷入內核態(tài)（在Intel Pentium II 又引入了sysenter指令），參數的傳遞是通過寄存器，eax 傳遞的是系統調用號，ebx、ecx、edx、esi和edi 來依次傳遞最多五個參數，當系統調用返回時，返回值存放在 eax 中。

仍然以上面的修改文件屬性為例，將調用系統調用那段寫成內聯匯編代碼：

#include #include #include #include int main(){ long rc; char *file_name = "/etc/passwd"; unsigned short mode = 0444; asm( "int $0x80" : "=a" (rc) : "0" (SYS_chmod), "b" ((long)file_name), "c" ((long)mode) ); if ((unsigned long)rc >= (unsigned long)-132) { errno = -rc; rc = -1; } if (rc == -1) fprintf(stderr, "chmode failed, errno = %d\n", errno); else printf("success!\n"); return 0;}