Linux 系统调用如何从用户空间到内核空间再回到用户空间？_Linux_Linux Kernel_Linux Device Driver_Embedded Linux

Linux 系统调用如何从用户空间到内核空间再回到用户空间？

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Linux 系统调用如何从用户空间到内核空间再回到用户空间？,linux,linux-kernel,linux-device-driver,embedded-linux,Linux,Linux Kernel,Linux Device Driver,Embedded Linux,我研究了一些文章，在这些文章中，我得到了如下信息：像open（）这样的系统调用调用glibc中的包装函数，然后引发了一个陷阱，它将上下文从用户空间切换到内核空间，然后使用cpu寄存器调用内核空间中的系统调用参数/参数但是我想我还是缺少了系统调用的一步一步的过程或详细的顺序。如果人们能够提供将ARM arch作为参考的步骤，那就太好了。提前感谢。软件中断异常用于在ARM情况下调用系统调用。它将执行其地址存储在物理地址0x08的函数 Syscall包装器库函数连接到特定于体系结构的Syscall实

我研究了一些文章，在这些文章中，我得到了如下信息：像open（）这样的系统调用调用glibc中的包装函数，然后引发了一个陷阱，它将上下文从用户空间切换到内核空间，然后使用cpu寄存器调用内核空间中的系统调用参数/参数

但是我想我还是缺少了系统调用的一步一步的过程或详细的顺序。如果人们能够提供将ARM arch作为参考的步骤，那就太好了。提前感谢。

软件中断异常用于在ARM情况下调用系统调用。它将执行其地址存储在物理地址

0x08

的函数

Syscall包装器库函数连接到特定于体系结构的Syscall实现（检查

sysdeps/unix

libc源代码目录）。在本例中，将执行来自

sysdeps/unix/sysv/linux/arm/syscall.S

文件的syscall。在此函数中，它将系统调用号存储在

R7

和

R0-R6

用于向系统调用发送参数

示例程序集代码：

     mov  r7, #SYSCALL NO
     mov  r0, #ARG1
     mov  r1, #ARG2
     swi 0x0

生成软件异常时，将调用

vector\u swi（）

。此函数从R7获取系统调用号，从

sys\u call\u表

中查找并执行注册的函数地址

有关实现详细信息，请检查以下内核文件：

include/linux/syscalls.h

拱/臂/包括/asm/unistd.h

arch/arm/kernel/calls.S

arch/arm/kernel/entry\u common.S

arch/arm/kernel/sys\u arm.c

软件中断异常用于在ARM情况下调用系统调用。它将执行其地址存储在物理地址

0x08

的函数

Syscall包装器库函数连接到特定于体系结构的Syscall实现（检查

sysdeps/unix

libc源代码目录）。在本例中，将执行来自

sysdeps/unix/sysv/linux/arm/syscall.S

文件的syscall。在此函数中，它将系统调用号存储在

R7

和

R0-R6

用于向系统调用发送参数

示例程序集代码：

     mov  r7, #SYSCALL NO
     mov  r0, #ARG1
     mov  r1, #ARG2
     swi 0x0

生成软件异常时，将调用

vector\u swi（）

。此函数从R7获取系统调用号，从

sys\u call\u表

中查找并执行注册的函数地址

有关实现详细信息，请检查以下内核文件：

include/linux/syscalls.h

拱/臂/包括/asm/unistd.h

arch/arm/kernel/calls.S

arch/arm/kernel/entry\u common.S

arch/arm/kernel/sys\u arm.c

系统调用的处理分为两部分

从系统调用的开始到生成处理器异常，以进入previllege模式。对于ARM，该模式应为SVC（监控）模式。本部分涉及使用正确的系统调用号填充通用寄存器，并在系统调用中传递参数，以及将处理器的状态触发为特权模式

第二部分（与第一部分相比要复杂一些）涉及在特权模式下处理系统调用，并从特权模式返回

2a。在ARM的异常表中，异常向量（本例中为SVC）将控件定向到异常的公共处理程序。以下是SVC的异常向量：

[文件：arch\arm\kernel\entry armv.S]

W(ldr)  pc, __vectors_start + 0x1000

vector_\name:
    .if \correction
    sub lr, lr, #\correction
    .endif

stmia   sp, {r0, lr}        @ save r0, lr
mrs lr, spsr
str lr, [sp, #8]        @ save spsr

mrs lr, spsr 
...
and lr, lr, #0x0f
...
 ARM(   ldr lr, [pc, lr, lsl #2]    )
movs    pc, lr          @ branch to handler in SVC mode
...
.word   vector_swi

以下是异常的公共处理程序条目：

[文件：arch\arm\kernel\entry armv.S]

W(ldr)  pc, __vectors_start + 0x1000

vector_\name:
    .if \correction
    sub lr, lr, #\correction
    .endif

stmia   sp, {r0, lr}        @ save r0, lr
mrs lr, spsr
str lr, [sp, #8]        @ save spsr

mrs lr, spsr 
...
and lr, lr, #0x0f
...
 ARM(   ldr lr, [pc, lr, lsl #2]    )
movs    pc, lr          @ branch to handler in SVC mode
...
.word   vector_swi

2b。在完成此公共处理程序时，r0、lr和spsr分别保存在堆栈上的[SP]、[SP+4]和[SP+8]地址处

[文件：arch\arm\kernel\entry armv.S]

W(ldr)  pc, __vectors_start + 0x1000

vector_\name:
    .if \correction
    sub lr, lr, #\correction
    .endif

stmia   sp, {r0, lr}        @ save r0, lr
mrs lr, spsr
str lr, [sp, #8]        @ save spsr

mrs lr, spsr 
...
and lr, lr, #0x0f
...
 ARM(   ldr lr, [pc, lr, lsl #2]    )
movs    pc, lr          @ branch to handler in SVC mode
...
.word   vector_swi

2c。然后，公共处理程序将控制器转移/分支到SVC特定处理程序：

[文件：arch\arm\kernel\entry armv.S]

W(ldr)  pc, __vectors_start + 0x1000

vector_\name:
    .if \correction
    sub lr, lr, #\correction
    .endif

stmia   sp, {r0, lr}        @ save r0, lr
mrs lr, spsr
str lr, [sp, #8]        @ save spsr

mrs lr, spsr 
...
and lr, lr, #0x0f
...
 ARM(   ldr lr, [pc, lr, lsl #2]    )
movs    pc, lr          @ branch to handler in SVC mode
...
.word   vector_swi

在公共处理程序的末尾，控制器被传输到SVC处理程序vector_swi

2d。现在让我们看看如何在SVC处理程序中处理syscall。按以下顺序在新帧上推进SP后，调用者的上下文保存为：

[文件：arch\arm\kernel\entry common.S]

ENTRY(vector_swi)
...

elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*
     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
     */
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs
    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
    ...

adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer

ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
...

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address
    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine
    ...

ret_fast_syscall:
...
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
...

（r0-r12，sp，lr）_usr_模式，lr_exp（在这种情况下exp=svc）

通过存储r0-r12、sp、lr、pc的该上下文值，该上下文将用于从SVC模式返回用户模式

sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia   sp, {r0 - r12}          @ Calling r0 - r12
ARM(    add r8, sp, #S_PC       )
ARM(    stmdb   r8, {sp, lr}^       )   @ Calling sp, lr
...
mrs r8, spsr            @ called from non-FIQ mode, so ok.
str lr, [sp, #S_PC]         @ Save calling PC

2e。系统调用号是根据过程调用标准获取的，通常存储在scno（r7寄存器）中

[文件：arch\arm\kernel\entry common.S]

ENTRY(vector_swi)
...

elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*
     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
     */
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs
    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
    ...

adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer

ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
...

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address
    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine
    ...

ret_fast_syscall:
...
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
...

2f。然后，sys_call_表的地址存储在tbl寄存器（r8）中

[文件：arch\arm\kernel\entry common.S]

ENTRY(vector_swi)
...

elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*
     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
     */
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs
    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
    ...

adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer

ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
...

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address
    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine
    ...

ret_fast_syscall:
...
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
...

sys_call_表包含根据其编号的syscall列表。文件call.S包含该列表

[文件：arch\arm\kernel\entry common.S]

ENTRY(vector_swi)
...

elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*
     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
     */
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs
    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
    ...

adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer

ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
...

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address
    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine
    ...

ret_fast_syscall:
...
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
...

2g。然后，通过使用syscall no的偏移量分支到sys_call_表，将涉及正确的syscall处理程序。 reurn地址设置在标签“ret\u fast\u syscall”处

[文件：arch\arm\kernel\entry common.S]

ENTRY(vector_swi)
...

elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*
     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
     */
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs
    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
    ...

adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer

ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
...

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address
    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine
    ...

ret_fast_syscall:
...
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
...

2h。然后，以这样的方式恢复用户模式寄存器，即从步骤2d中存储的值存储（r0-r12、sp、lr、pc）_usr_模式。这在宏“restore\u user\u regs”中完成

[文件：arch\arm\kernel\entry common.S]

ENTRY(vector_swi)
...

elif defined(CONFIG_AEABI)

    /*
     * Pure EABI user space always put syscall number into scno (r7).
     */
#elif defined(CONFIG_ARM_THUMB)
    /* Legacy ABI only, possibly thumb mode. */
    tst r8, #PSR_T_BIT          @ this is SPSR from save_user_regs
    addne   scno, r7, #__NR_SYSCALL_BASE    @ put OS number in
    ...

adr tbl, sys_call_table     @ load syscall table pointer

ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
...

adr lr, BSYM(ret_fast_syscall)  @ return address
    ldrcc   pc, [tbl, scno, lsl #2]     @ call sys_* routine
    ...

ret_fast_syscall:
...
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
...

[文件：arch\arm\kernel\entry header.S]

macro   restore_user_regs, fast = 0, offset = 0
    mov r2, sp
    ...

    .if \fast
    ldmdb   sp, {r1 - r12}          @ get calling r1 - r12
    .else
    ldmdb   sp, {r0 - r12}          @ get calling r0 - r12
    .endif
    add sp, sp, #S_FRAME_SIZE - S_SP
    movs    pc, lr              @ return & move spsr_svc into cpsr
    .endm

系统调用的处理分为两部分

第二部分（与第一部分相比要复杂一些）涉及在特权模式下处理系统调用，并从特权模式返回