基于Linux操作系统的系统调用分析

文 中分 析 了 Ｉｎ ｘ系统 调用 的具 体过 程 ． 以及 Ｊｕ ｉ
须 满 足 如 下 条 件 ：（ ） １ 内核 必 须 既 支 持 只使 用 ｉｔ ｎ ￥ ） ０指 令 的旧 函数 库 ． ０【 ８ 同时也 支持 使用 ｓｓｎｅ 指 ｖｅｔｒ
令 的新 函数库 ； ２ 使用 ｓｓｎｅ 指令 的标 准库 必须 （） ｖｅｔｒ
码 的开 放 性 、 强 的稳 定 性 ， 用 于 多 种 计算 机 平 极 适 台 、 由全世界 各地 数 以百 计 的程 序 员设 计和 维护 ， 且
最 近数 年得 到 了广 泛 的应用 。它的系 统调用 不 同于 其 他操作 系统 ： 在给 用户程 序提供 服务 的 同时 ， 还对
Ｐ ｎｉｍⅡ 微处 理 器芯 片 中 引入 了这 条 指令 ，现仅 ｅｔ ｕ Ｌｎ ｘ ２６版 本 中支持 这条 指令 。系统 调用 完成 后 。 ｉｕ 一 ．
能 处 理仅 支 持 ｉｔ ０ ８ 令 的 旧 内核 ；（ ） ｎ ￥ ）０指 （ ３ 内核 和
标 准库 必须 既 能运 行在 不包 含 ｓｓｎｅ 指 令 的 旧处 ｖｅ ｔｒ
理器上 ， 能运行 在包 含它 的新处理 器上 。 以接下 也 所
来 的分 析都是 基 于 Ｌｎ ｘ ２４２ ｉ 一 ． Ｏ版本 进行 。 ｕ ．
在有 Ｕｎ ｘ源 代码 的情 况下 ，通 过一个 简单 实 例说 ｕ 明如何 添加适 合用 户 自己的 系统调用 的方法 。
１ ｉｕ Ｌｎ ｘ的 系统 调 用 分 析
在 Ｌｎ ｘ系统 中 ．程序 的运行 空 间分 为 内核 空 ｉｕ
间 和用户 空 间ｆ 常称 的 内核 态 和用户 态 ， 用 户空 间 在
第 １ ０卷 第 ６期
重庆科 技学 院学报 （ 自然科学 版 ）
２ｏ 年 １ ０８ ２月
基于 Ｌｎ ｘ操作 系统 的系统调用分析 ｉｕ
范 恩魁 陈 亚 军
（ 华师 范大 学 ， 西 南充 ６ ７ ０ ） ３００
摘 要 ：ｉｕ Ｌｎ ｘ操作 系统 具 有 源码 的开 放 性 和极 强 的稳 定性 等优 点 。 于 Ｌｎ ｘ ２４内核 ， 析 了系 统 调用 的实 现 原 理 基 ｊｕ一 － 分
１１ 调 用 结 构 和 函 数 ．
运行应 用程 序） ，它们 分别 运行 在不 同 的级别 上 ， 在
逻辑上 是相互 隔离 的 。用 户进 程通 常不允许 访 问内 核， 当用户 进程 需要 获得 一定 的系 统服 务ｆ 调用 内核 空 间的程 序） ， 时就须 用 到系统 调用 。系 统调用 时 这
分 强 大 ， 用 程序 通过 这 些 函数 来获 得操 作 系 统提 应 供 的有关 设备 管理 、 进程控 制 、 程间通 信等 一系列 进
的功能 ， 而不 必 了解 系统 的 内部结 构 ， 从而起 到减轻
用 户负 担 、 护系统 以及 提高 资源利用 率 的作 用 。 保
作 为 开 源 软 件 的代 表 ， ｉ ｘ操 作 系 统 以其 源 Ｌｎ ｕ
系统执 行 ｉ ｔ 编指 令 或 ｓｓｘｔ 编 指令 （ｉ ） ｒ 汇 ｅ ｙｅｉ汇 Ｌｎ 【 ｕ一 ２６版本 中支持１ 系统 返 回到用 户 态 ， 制权 还 交 ． 将 控
给用 户进 程 。
内核 安全 提供 了保 障 ， 用 户程 序 不能 随 意修 改 系 使
统调用 。
因为支 持进 入或退 出 Ｌｎ ｘ内核 的这 两种 方式 ｉ ｕ
Ｌｎ ｘ的 系 统 调 用 是 一 套 Ｃ语 言 函数 名 的集 ｉｕ
合 ， ｗｉ ０、 ｎ 、ｅｄ 等 ， ２ ８个 （ｅ ａ 如 ｒｅ 叩ｅ Ｏ ｒａ Ｏ ｔ 共 ５ Ｒ ｄＨ ｔ
Ｌｎ ｘ ２ ．０。为 了实现 系 统调 用 的功 能 ， Ｌｎ 】 ｉｕ 一 ． ２ ） ４ 在 ｉｕ 【 内核定 义 了相 关 的数据结 构和 函数 。 当产 生 系 统 调 用 时通 过 ｉｔ ０（ ｎ ￥ 】０指 令 进入 系 ８
和 过程 ， 讨论 了用 户 增 加 新 的 系统 功 能 调用 的实 现 方 法 。 关 键词 ： 系统 调 用 ； Ｊ ｕ ； Ｉｎ ｘ 内核 ｉ 中图 分 类号 ： Ｐ ｌ Ｔ ３６ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ ｌ ８ （ ｏ ８ ０ — １ ４ ０ ｌ７ 一 ９ ０ ２ ｏ ）６ ０ ２ — ３
系统调用 是指 操作 系统 内核 提供 给应用 程序调
用 的一 系列 函数 ｆ 可 称 为 一 组 特 殊接 口） 功 能十 也 ，
Ｌｎ ｘ系统 调 用 是 作 为 一 种 异 常 类 型实 现 的 ． ｉｕ
它 通过 执行 相应 的机器 代 码来 产 生异 常 信号 ， 后 然
自动 将 系 统 切换 为 内核 态 。并 执 行 相 应 的处 理 程 序 。 户 态 的程序 可 以通过 两 种不 同 的方式 实现 系 用 统 调用 ： １ 执行 ｉｔ ０ ８ （） ｎ ￥ ｘ ０汇编 语 言指 令 ， Ｌｎｌ 在 ｉ】 ｌ一 （ ２４及 以前 的版本 中 ，这是 从 用 户态 切 换 到 内核 态 ． 的 唯 一 方 式 ； ２ 执 行 ｓｓｎｅ 汇 编 指 令 ， Ｉｔ （） ｖｅ ｔｒ 在 ｎｌ ｅ
规定 用户 进 程进 入 内核 空 间的具 体 位置 。 然后 程序
运行 空 间从 用户 态进 入 内核 态完 成 相关 处 理 稿 日期 ： ０ ８ ０ — ５ ２ ０ — ８ １ Ｊ
统调 用 总入 口（ ｓ ｍ ｃｌ ， ｓ ｔ ＿ａ）在入 口处 保 存 寄存 器 当 ｙｅ １
基 金项 目 ： 四川 省 教 育厅 重 大 科 研 培 育项 目（７ Ｚ ３ ） ０ Ｚ Ｏ ５ 作 者简 介 ： 范恩 魁 （９ ３ ， ， １８ 一）男 四川 遂 宁 人 ， 西华 师范 大 学 计算 机 学 院硕 士 研 究生 ， 究方 向 ： 入 式 系 统 开 发 。 研 嵌