Linux内核设计与实现 - 第5章 系统调用

一、系统调用概述

1. 定义

   • 用户空间访问内核功能的唯一合法入口
   • 提供硬件抽象接口，保证系统稳定和安全

2. 与API区别

   特性	系统调用	API
   执行层级	内核态	用户态
   实现方式	软中断(int 0x80)	函数库
   性能开销	较高	较低

二、系统调用实现机制

1. 处理流程

用户程序 → libc包装函数 → 触发软中断 → 查找系统调用表 → 执行内核函数 → 返回结果

2. **关键数据结构**
- `sys_call_table`：系统调用表（x86架构）
- `struct pt_regs`：保存用户态寄存器上下文3. **参数传递**
- x86：通过寄存器(ebx, ecx, edx等)
- ARM：R0-R6寄存器
- 参数数量限制：Linux通常≤6个## 三、添加新系统调用（示例）
1. **步骤**
1. 在内核源码`include/linux/syscalls.h`添加声明
2. 实现函数（添加`SYSCALL_DEFINEx`宏）
3. 更新系统调用表（架构相关文件）
4. 重新编译内核2. **示例代码**
```c
// 声明
SYSCALL_DEFINE2(mycall, int, arg1, char __user *, arg2);// 实现
long sys_mycall(int arg1, char __user *arg2) {printk(KERN_INFO "My syscall called!\n");return 0;
}

四、性能优化技术

1. vdso机制

   • 将部分系统调用映射到用户空间
   • 典型应用：gettimeofday()

2. 快速路径优化

   • 减少上下文切换开销
   • 示例：epoll使用就绪列表

五、常见问题排查

1. 错误代码

   strace -T -tt -o trace.log ./myprogram
   

2. 性能分析工具

   • perf：perf trace -e raw_syscalls:*
   • ftrace：跟踪系统调用路径

六、安全注意事项

1. 参数检查原则

   • 验证用户指针有效性（copy_from_user()）
   • 检查权限（capable()函数）

2. 防御性编程

   • 防止TOCTOU竞争条件
   • 使用__user标记用户空间指针

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