2019-2020-1 20199327《Linux内核原理与分析》第五周作业

系统调用的三层机制

用户态与内核态

为了减少有限资源的访问和使用冲突，提供机制对用户程序进行权限划分。

内核态：在高的执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意的物理内存，对所有的指令包括特权指令都可以执行；

用户态：低级别指令，代码能够掌控的范围受限；

CPU的执行级别

CPU有四种执行级别，分别是0、1、2、3，数字越小，级别越高。Linux操作系统中只是采用了其中的0和3两个特权级别，分别对应内核态和用户态。用户态和内核态很显著的区分方法就是CS：EIP的指向范围，在内核态时，CS:EIP的值可以是任意的地址。在4GB的进程地址空间中，内核态下的这4GB地址空间是都可以访问，用户态只能访问0x00000000~0xbfffffff的地址空间，0xc0000000以上的地址空间只能在内核态下访问。
PS：地址空间是进程的逻辑地址而不是物理地址，逻辑地址是进程的地址空间里面的，cpu都可以通过MMU（内存管理单元）把逻辑地址转化为物理地址

状态的转换。

1.中断

中断处理是从用户态进入内核态的主要方式。
从用户态切换到内核态时，中断int指令会在堆栈上保存用户态的寄存器上下文，同时包括用户态栈顶地址、当时的状态字、当时的cs:eip的值，以及内核态的栈顶地址、内核态的状态字，并将cs:eip的值指向中断处理程序的入口。中断发生后的第一件事就是保存现场（save_all),保存一系列的寄存器的值；中断处理结束前的最后一件事就是恢复现场（restorm_all），退出中断程序，恢复保存寄存器的数据。

2.系统调用

系统调用是特殊的中断

作用

1. 把用户从底层的硬件编程中解放出来。
2. 极大地提高系统安全性。
3. 是用户程序具有可移植性。

关系

API应用程序编程接口是函数定义，一个API可能只对应一个系统调用，也可能内部由多个系统调用实现，一个系统调用也可能被多个API调用。不涉及与内核进行交互的API内部不会封装系统调用。

三层机制

xyz(),system_call,sys_xyz()

User Mode表示用户态，Kernel Mode表示内核态。xyz(）就是一个API函数，是系统调用对应的API，封装了一个调用系统，会触发int＄0x80对应的中断服务程序入口，内部会有sys_xyz()系统调用处理函数，执行完sys_xyz()后会ret_from_sys_call,若没有发生进程调度，就会执行iret再返回到用户态接着执行。

实验