《操作系统真象还原》第十六篇：实现系统调用

本文主要是介绍《操作系统真象还原》第十六篇：实现系统调用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

第十六篇：实现系统调用

第十六篇：实现系统调用
- 系统调用实现框架
- - 增加0x80号中断描述符
  - 实现系统调用接口
  - 增加0x80号中断处理例程
  - 初始化系统调用和实现sys_getpid
  - 添加系统调用getpid
- 实现系统调用write
- 实现printf

系统调用实现框架

系统调用分为两部分，一部分是暴露给用户进程的接口函数，另一部分是与之对应的内核具体实现

系统调用实现流程如下：

用中断门实现系统调用，模仿linux用0x80号中断作为系统调用的入口
在IDT中安装0x80号中断对应的描述符，在该描述符中注册系统调用对应的中断处理例程
建立系统调用子功能表syscall_table，利用eax寄存器中的子功能号在该表中索引相应的处理函数
用宏实现用户空间的系统调用接口，用寄存器传递参数，eax为子功能号，ebx保存第一个参数，ecx保存第二个参数，edx保存第三个参数

增加0x80号中断描述符

//初始化中断描述符表
void init_idt() {int i,lastindex = IDT_DESC_CNT - 1;for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) {init_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]);}//系统调用的中断描述符单独处理//描述符特权级别、为3，才能从用户态直接init_idt_desc(&idt[lastindex], IDT_DESC_ATTR_DPL3, syscall_handler);put_str("idt _desc_init done\n");	
}

实现系统调用接口

//无参数的系统调用
#define _syscall0(NUMBER) ({	\int rtnval;					\asm volatile (				\"int $0x80"				\: "=a" (rtnval)			\: "a" (NUMBER)			\:"memory"				\);							\rtnval;						\
})//一个参数的系统调用
#define _syscall1(NUMBER, ARG1) ({ 	\int rtnval;						\asm volatile (					\"int $0x80"					\: "=a" (rtnval)				\: "a" (NUMBER), "b" (ARG1)	\:"memory"					\);								\rtnval;							\
})//两个参数的系统调用
#define _syscall2(NUMBER, ARG1, ARG2)({			\int rtnval;									\asm volatile (								\"int $0x80"								\: "=a" (rtnval)							\: "a" (NUMBER), "b" (ARG1), "c" (ARG2)	\:"memory"								\);											\rtnval;										\
})//三个参数的系统调用
#define _syscall3(NUMBER, ARG1, ARG2, ARG3) ({				\int rtnval;												\asm volatile (											\"int $0x80"											\: "=a" (rtnval)										\: "a" (NUMBER), "b" (ARG1), "c" (ARG2), "d" (ARG3)	\:"memory"											\);														\rtnval;													\
})

增加0x80号中断处理例程

;0x80号中断处理程序
[bits 32]
extern syscall_table
section .text
global syscall_handler
syscall_handler:
;第一步：保存上下文环境push 0	;压入error_code，使栈中格式一致push dspush espush fspush gspushad;pushad压入顺序：EAX，ECX，EDX，EBX，ESP，EBP，ESI，EDIpush 0x80	;压入中断号，保持格式统一;第二步：为系统调用子功能传入参数push edx	;系统调用中第三个参数push ecx	;系统调用中第二个参数push ebx	;系统调用中第一个参数;第三步：调用子功能处理函数call [syscall_table + eax*4]add esp, 12 	;跨过以上三个参数;第四步：将返回值传入eaxmov [esp + 8*4], eax	;将返回值赋值给上面保存的eax地址处jmp intr_exit			;从中断中返回，恢复上下文

初始化系统调用和实现sys_getpid

//返回当前任务的pid
uint32_t sys_getpid(void) {//put_str("sys_getpid");return running_thread()->pid;
}

添加系统调用getpid

enum SYSCALL_NR {SYS_GETPID,
};//返回当前任务的pid
uint32_t getpid(void) {return _syscall0(SYS_GETPID);	
}

实现系统调用write

用户接口：

//打印字符串str
uint32_t write(char* str) {return _syscall1(SYS_WRITE, str);
}

内核实现：

//打印字符串str(未实现文件系统前的版本）
uint32_t sys_write(char* str) {console_put_str(str);return strlen(str);
}

实现printf

printf是vsprintf和write的封装其中vsprintf对字符串进行解析，write将解析后的字符串打印到屏幕上。

vsprintf的实现如下：

//将整型转换成字符串
void itoa(uint32_t value, char** buf_ptr_addr, uint8_t base) {//求模uint32_t m = value % base;//取整uint32_t i = value / base;//如果不为0则递归调用if (i) itoa(i, buf_ptr_addr, base);//根据大小将其转换为字符if (m < 10) {**buf_ptr_addr = m + '0';} else {**buf_ptr_addr = m - 10 + 'A';}(*buf_ptr_addr)++;
}//将参数ap按照格式format输出到字符串str，并返回替换后的str长度
uint32_t vsprintf(char* str, const char* format, va_list ap) {char* dst = str;const char* src = format;//用于临时存储转换后的变量int32_t arg_int;char* arg_str;//循环直至'\0'while (*src) {if (*src != '%') {*dst = *src;dst++;src++;continue;}//跳过%src++;switch (*src) {case 'x':arg_int = va_arg(ap, int);itoa(arg_int, &dst, 16);break;case 's':arg_str = va_arg(ap, char*);strcpy(dst, arg_str);dst += strlen(arg_str);break;case 'c':*dst = va_arg(ap, char);dst++;break;case 'd':arg_int = va_arg(ap, int);if (arg_int < 0) {*dst = '-';dst++;arg_int = 0 - arg_int;}itoa(arg_int, &dst, 10);break;} //继续下一个字符src++;}return strlen(str);
}

printf的实现如下:

//格式化输出字符串format
uint32_t printf(const char* format, ...) {//创建并初始化va_list指针va_list args;va_start(args, format);char buf[1024] = {0};//调用解析函数vsprintf(buf, format, args);va_end(args);//调用系统调用，并返回写了多少个字符return write(buf);
}