Linux系统调用02 – Neohope's Blog

Linux系统调用的整体流程为：
1、应用程序【用户态】通过syscall或glibc进行内核功能调用，这一部分在glibc源码中进行的
2、CPU收到syscall，Linux内核响应syscall调用【内核态】，这一部分在linux源码中进行的
3、返回结果到应用程序【用户态】
本节处理第二部分：

二、linux内核部分

1、在make时，会通过syscall_64.tbl生成syscalls_64.h，然后包含到syscall_64.c，进行调用号与函数之间的绑定。
arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl
arch/x86/include/generated/asm/syscalls_64.h
arch/x86/entry/syscall_64.c

1.1、以sys_openat为例，在syscall_64.tbl中为

257    common    openat            sys_openat
441    common    get_cpus          sys_get_cpus

1.2、make后，在生成的syscalls_64.h中为

__SYSCALL_COMMON(257, sys_openat)

1.3 在syscall_64.c中，展开__SYSCALL_COMMON

#define __SYSCALL_COMMON(nr, sym) __SYSCALL_64(nr, sym)
//展开就是
__SYSCALL_64(257, sys_openat)

1.4、在syscall_64.c中，第一次展开__SYSCALL_64

#define __SYSCALL_64(nr, sym) extern long __x64_##sym(const struct pt_regs *);
#include <asm/syscalls_64.h>
#undef __SYSCALL_64

//展开就是
extern long __x64_sys_openat(const struct pt_regs *);

//也就是每个__SYSCALL_64都展开成了一个外部函数

1.5、在syscall_64.c中，第二次展开__SYSCALL_64

#define __SYSCALL_64(nr, sym) [nr] = __x64_##sym,

asmlinkage const sys_call_ptr_t sys_call_table[__NR_syscall_max+1] = {
    [0 ... __NR_syscall_max] = &__x64_sys_ni_syscall,
#include <asm/syscalls_64.h>
};

//展开其实就是指向了外部函数
[257]=__x64_sys_openat,

//全部展开结果，都会被包含到sys_call_table中，从而完成了调用号与函数之间的绑定。

2、当产生系统调用时
2.1、应用直接syscall或通过glibc产生了syscall

2.2、cpu会产生类似于中断的效果，开始到entry_SYSCALL_64执行

//文件路径arch/x86/entry/entry_64.S
SYM_CODE_START(entry_SYSCALL_64)
//省略代码
call   do_syscall_64
SYM_CODE_END(entry_SYSCALL_64)

//文件路径arch/x86/entry/entry_64.S，32位兼容模式，过程与64位类似
SYM_CODE_START(entry_SYSCALL_compat)
call   do_fast_syscall_32
SYM_CODE_END(entry_SYSCALL_compat)

2.3、调用do_syscall_64

#ifdef CONFIG_X86_64
__visible noinstr void do_syscall_64(unsigned long nr, struct pt_regs *regs)
{
    nr = syscall_enter_from_user_mode(regs, nr);
    instrumentation_begin();
    if (likely(nr < NR_syscalls)) {
        nr = array_index_nospec(nr, NR_syscalls);
        regs->ax = sys_call_table[nr](regs);
    }
    instrumentation_end();
    syscall_exit_to_user_mode(regs);
}
#endif

2.4、根据sys_call_table调用对应的功能函数

sys_call_table[nr](regs)
如果我们传入257，就会调用__x64_sys_openat
如果我们传入441，就会调用__x64_sys_get_cpus

2.5、但咱们实际写的函数sys_get_cpus，好像和实际调用函数__x64_sys_get_cpus，差了一个__x64，这需要一个wrapper

arch\x86\include\asm\syscall_wrapper.h
#define SYSCALL_DEFINE0(sname)                      \
    SYSCALL_METADATA(_##sname, 0);                  \
    static long __do_sys_##sname(const struct pt_regs *__unused);   \
    __X64_SYS_STUB0(sname)                      \
    __IA32_SYS_STUB0(sname)                     \
    static long __do_sys_##sname(const struct pt_regs *__unused)

#define __X64_SYS_STUB0(name)                       \
    __SYS_STUB0(x64, sys_##name)

#define __SYS_STUB0(abi, name)                      \
    long __##abi##_##name(const struct pt_regs *regs);      \
    ALLOW_ERROR_INJECTION(__##abi##_##name, ERRNO);         \
    long __##abi##_##name(const struct pt_regs *regs)       \
        __alias(__do_##name);

SYSCALL_DEFINE0(get_cpus)，会展开成为
__X64_SYS_STUB0(get_cpus) 
//然后
 __SYS_STUB0(x64, sys_get_cpus)
//然后
long __x64_sys_get_cpus(const struct pt_regs *regs);

这样前后就对上了，glibc和linux内核就通了。

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