C 系统调用API、系统调用指令和异常机制（中断）之间的关系

我试图理解

C

语言系统调用API、

syscall

汇编指令和用于在进程之间切换上下文的异常机制（中断）之间的关系。我有很多东西要自己学习，所以请容忍我

我的理解正确吗？

C

语言系统调用由编译器以

syscall

的形式实现，其各自的代码在汇编中，然后由操作系统以异常机制（中断）的形式实现

因此，在下面的

C

code中调用

write

函数：

#include <unistd.h>

int main(void)
{
    write(2, "There was an error writing to standard out\n", 44);
    return 0;
}

---

反过来，该指令是由操作系统作为异常机制（中断）来实现的？

不是对这个问题的直接回答，但这可能会引起您的兴趣（我没有足够的理由来评论）-它详细解释了所有用户空间执行（包括glibc及其如何进行系统调用）：

您可能会对“步骤8-写入标准输出的最终字符串”特别感兴趣：

那么uu libc_uwrite看起来像什么

000000000040f9c0 <__libc_write>:
  40f9c0:  83 3d c5 bb 2a 00 00   cmpl   $0x0,0x2abbc5(%rip)  # 6bb58c <__libc_multiple_threads>
  40f9c7:  75 14                  jne    40f9dd <__write_nocancel+0x14>

000000000040f9c9 <__write_nocancel>:
  40f9c9: b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
  40f9ce: 0f 05                   syscall 
  ...cut...

0000000000 40F9C0：
40f9c0:83 3d c5 bb 2a 00 cmpl$0x0,0x2ABC5（%rip）#6bb58c
40f9c7:75 14 jne 40f9dd
0000000000 40F9C9：
40f9c9:b8 01 00 mov$0x1，%eax
40f9ce:0f 05系统调用
……切。。。

Write只检查线程状态，假设一切正常， 将写入系统调用号（1）移入EAX并进入内核

一些注意事项：

• x86-64 Linux写系统调用为1，旧x86为4
• rdi指标准输出
• rsi指向字符串
• rdx是字符串大小计数

请注意，这是针对作者的x86-64 Linux系统的

对于x86，这提供了一些帮助：

在Linux下，系统调用的执行由指令int 0x80引起的可屏蔽中断或异常类传输调用。我们使用向量0x80将控制转移到内核。该中断向量在系统启动期间与其他重要向量（如系统时钟向量）一起初始化

但作为Linux内核的一般答案：

我的理解正确吗，C语言系统调用是由编译器作为syscall实现的，在汇编中包含相应的代码，而这些代码又是由操作系统作为异常机制（中断）实现的

是

编辑

是的，C应用程序调用一个C库函数，该函数隐藏在C库解决方案中，是一个特定于系统的调用或一组调用，使用特定于体系结构的方式到达操作系统，操作系统有一个异常/中断处理程序设置来处理这些系统调用。实际上，不必是特定于体系结构的，可以简单地跳转/调用到一个众所周知的地址，但是随着对安全和保护模式的现代需求，一个简单的调用不会有这些附加功能，尽管功能上仍然正确

库的实现方式由实现定义。编译器如何将您的代码连接到库运行时或链接时间有许多组合，关于如何实现，没有一种方法可以或需要实现，因此它也是实现定义的。只要它在功能上正确并且不干扰C标准，它就可以工作

我们的手机和桌面上安装了windows和linux等操作系统，人们强烈希望将应用程序与系统隔离开来，这样它们就不会以各种方式造成损害，因此需要保护，您需要有一种特定于体系结构的方法来对操作系统进行函数调用，这种调用在操作系统切换模式时不是正常的调用。如果体系结构有不止一种方法可以做到这一点，那么操作系统可以选择一种或多种方法作为其设计的一部分

“软件中断”是一种常见的方式，与硬件中断一样，大多数解决方案包括一个处理程序地址表，通过扩展该表，并将一些向量绑定到软件创建的“中断”（点击特殊指令，而不是输入上的信号改变状态），但经过相同的停止，保存一些状态，调用向量等。

TL；博士

syscall

指令本身就像一个美化的跳转，它是一种硬件支持的方式，可以高效、安全地从非特权用户空间跳转到内核中。

syscall

指令跳转到分派调用的内核入口点

在x86_64之前，还使用了另外两种机制：

int

指令和

syscenter

指令。
它们有不同的入口点（目前仍然存在于32位内核中，64位内核可以运行32位用户空间程序）。
前者使用x86中断机制，可能与异常调度（也使用中断机制）混淆。
然而，异常是虚假事件，而

int

用于生成软件中断，再次是美化的跳转

---

C语言本身并不关心系统调用，它依赖于执行与未来程序环境的所有交互

C运行时通过特定于环境的机制实现上述交互。
可能有不同的软件抽象层，但最终会调用操作系统API

该术语用于表示契约，严格来说，使用API不需要调用一段内核代码（趋势是在用户空间中实现非关键函数以限制可利用的代码），这里我们只对需要特权切换的API子集感兴趣

在Linux下，内核公开了一组可从用户空间访问的服务，这些入口点被称为。
在下面

000000000040f9c0 <__libc_write>:
  40f9c0:  83 3d c5 bb 2a 00 00   cmpl   $0x0,0x2abbc5(%rip)  # 6bb58c <__libc_multiple_threads>
  40f9c7:  75 14                  jne    40f9dd <__write_nocancel+0x14>

000000000040f9c9 <__write_nocancel>:
  40f9c9: b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
  40f9ce: 0f 05                   syscall 
  ...cut...

; write(2, "There was an error writing to standard out\n", 44);
mov    $44, %edx
lea    .LC0(%rip), %rsi  ; address of the string
mov    $2, %edi
call   write