linux系统调用实现代码分析【转】

启动早就读完，现在为了写笔记再从启动之后粗略的大体读一遍，基本就是几个大模块：启动和初始化，中断信号， 
进程及调度，内存管理，文件系统，网络，驱动和模块等，我主要也从这几块入手。由于启动部分在start_kernel之 
前牵涉到大量的x86体系相关的汇编知识，需要大量的时间，于是我跳过，先把握整个系统的大体脉络，然后做二次， 
三次分析。网络部分的分析，我会从4.4BSD-Lite的代码中分析。 

系统调用： 

先说一下系统调用，奇怪的很，所有的读核资料都没有把系统调用单独提出来说，我觉得还是比较重要的。用户和系 
统内核通信的关键的枢纽，不过分吧，呵呵。仔细研究一下它的机制，准备花三天时间，手头有些书和资料，帮助我 
理解。 

概念：（明晰一下基本概念） 
系统调用发生在用户进程，通过一些特殊的函数（如open）来请求内核提供服务，这时，用户进程挂起，内核验证用 
户请求，尝试之行，并把结果反馈给用户进程，接着用户进程重新启动。这些机制在一般的编程书里都有，我就是来 
通过源代码的实现来讨论这种机制。  

具体实现代码：arch/i386/kernel/entry.S（内核版本2.2.14） 
从entry.S的第171行，就是system_call开始，171-248行代码贴出来，分析以注释形式： 

ENTRY(system_call)　　 \\所有系统调用的入口点，参数system_call是所希望激活的系统调用的数 
pushl %eax # 保存orig_eax，这个值就是希望系统调用数 
SAVE_ALL　　  
/*SAVE_ALL宏定义如下： 
#define SAVE_ALL \ 
cld; \ 
pushl %es; \ 
pushl %ds; \ 
pushl %eax; \ 
pushl %ebp; \ 
pushl %edi; \ 
pushl %esi; \ 
pushl %edx; \ 
pushl %ecx; \ 
pushl %ebx; \ 
movl $(__KERNEL_DS),%edx; \ 
movl %dx,%ds; \ 
movl %dx,%es; 
　他的作用是先把所有寄存器的值压栈，然后在system_call返回之前使用RESTORE_ALL把栈从栈中弹出，在这其中 
system_call可以根据需要子去使用寄存器的值。任何它调用的c函数都可以从栈中查找到所希望的参数，因为 
SAVE_ALL已经把所有寄存器的值都压入栈中了 */ 
-------------------------------------------------------------------------------------------- 
GET_CURRENT(%ebx)　　 /*利用GET_CURRENT宏从ebx中取得当前任务指针，GET_CURRENT宏定义如下：　 
　　　　#define GET_CURRENT(reg) \ 
movl %esp, reg; \ 
andl $-8192, reg;这段代码应该很好理解，把esp指移到reg变量，减去8129得到当前任务地址*/ 
-------------------------------------------------------------------------------------------- 
cmpl $(NR_syscalls),%eax　 /*察看保存在eax中的系统调用数是否超过最大数（常数NR_syscalls代表系统调用的 
最大数）如果确实超过了，请看下面一句:jae badsys，程序则跳转到badsys。*/ 
jae badsys 
testb $0x20,flags(%ebx) # PF_TRACESYS/*检查系统调用是否正在被跟踪*/ 
jne tracesys　　/*如果系统调用被跟踪，则程序跳转到tracesys*/ 
call *SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4)/*调用系统函数*/ 
/*SYMBOL_NAME宏不处理任何工作，只是简单的被文本参数（也就是系统调用名）所替换，所以可以忽略 
sys_call_table也定义在entry.S（373行）中，是一张由指向实现各种系统调用的内核函数的函数指针组成的表： 
　　　　ENTRY(sys_call_table) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* 0　-　old "setup()" system call*/ 
.long SYMBOL_NAME(sys_exit) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fork) 
.long SYMBOL_NAME(sys_read) 
.long SYMBOL_NAME(sys_write) 
.long SYMBOL_NAME(sys_open) /* 5 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_close) 
.long SYMBOL_NAME(sys_waitpid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_creat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_link) 
.long SYMBOL_NAME(sys_unlink) /* 10 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_execve) 
.long SYMBOL_NAME(sys_chdir) 
.long SYMBOL_NAME(sys_time) 
.long SYMBOL_NAME(sys_mknod) 
.long SYMBOL_NAME(sys_chmod) /* 15 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_lchown) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old break syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_stat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_lseek) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getpid) /* 20 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_mount) 
.long SYMBOL_NAME(sys_oldumount) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setuid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getuid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_stime) /* 25 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ptrace) 
.long SYMBOL_NAME(sys_alarm) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fstat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_pause) 
.long SYMBOL_NAME(sys_utime) /* 30 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old stty syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old gtty syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_access) 
.long SYMBOL_NAME(sys_nice) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* 35 */ /* old ftime syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_sync) 
.long SYMBOL_NAME(sys_kill) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rename) 
.long SYMBOL_NAME(sys_mkdir) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rmdir) /* 40 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_dup) 
.long SYMBOL_NAME(sys_pipe) 
.long SYMBOL_NAME(sys_times) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old prof syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_brk) /* 45 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setgid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getgid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_signal) 
.long SYMBOL_NAME(sys_geteuid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getegid) /* 50 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_acct) 
.long SYMBOL_NAME(sys_umount) /* recycled never used phys() */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old lock syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ioctl) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fcntl) /* 55 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old mpx syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setpgid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old ulimit syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_olduname) 
.long SYMBOL_NAME(sys_umask) /* 60 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_chroot) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ustat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_dup2) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getppid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getpgrp) /* 65 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setsid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sigaction) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sgetmask) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ssetmask) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setreuid) /* 70 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setregid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sigsuspend) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sigpending) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sethostname) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setrlimit) /* 75 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_getrlimit) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getrusage) 
.long SYMBOL_NAME(sys_gettimeofday) 
.long SYMBOL_NAME(sys_settimeofday) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getgroups) /* 80 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setgroups) 
.long SYMBOL_NAME(old_select) 
.long SYMBOL_NAME(sys_symlink) 
.long SYMBOL_NAME(sys_lstat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_readlink) /* 85 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_uselib) 
.long SYMBOL_NAME(sys_swapon) 
.long SYMBOL_NAME(sys_reboot) 
.long SYMBOL_NAME(old_readdir) 
.long SYMBOL_NAME(old_mmap) /* 90 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_munmap) 
.long SYMBOL_NAME(sys_truncate) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ftruncate) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fchmod) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fchown) /* 95 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_getpriority) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setpriority) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* old profil syscall holder */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_statfs) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fstatfs) /* 100 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ioperm) 
.long SYMBOL_NAME(sys_socketcall) 
.long SYMBOL_NAME(sys_syslog) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setitimer) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getitimer) /* 105 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_newstat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_newlstat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_newfstat) 
.long SYMBOL_NAME(sys_uname) 
.long SYMBOL_NAME(sys_iopl) /* 110 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_vhangup) 
.long SYMBOL_NAME(sys_idle) 
.long SYMBOL_NAME(sys_vm86old) 
.long SYMBOL_NAME(sys_wait4) 
.long SYMBOL_NAME(sys_swapoff) /* 115 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_sysinfo) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ipc) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fsync) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sigreturn) 
.long SYMBOL_NAME(sys_clone) /* 120 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setdomainname) 
.long SYMBOL_NAME(sys_newuname) 
.long SYMBOL_NAME(sys_modify_ldt) 
.long SYMBOL_NAME(sys_adjtimex) 
.long SYMBOL_NAME(sys_mprotect) /* 125 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_sigprocmask) 
.long SYMBOL_NAME(sys_create_module) 
.long SYMBOL_NAME(sys_init_module) 
.long SYMBOL_NAME(sys_delete_module) 
.long SYMBOL_NAME(sys_get_kernel_syms) /* 130 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_quotactl) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getpgid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fchdir) 
.long SYMBOL_NAME(sys_bdflush) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sysfs) /* 135 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_personality) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* for afs_syscall */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_setfsuid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setfsgid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_llseek) /* 140 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_getdents) 
.long SYMBOL_NAME(sys_select) 
.long SYMBOL_NAME(sys_flock) 
.long SYMBOL_NAME(sys_msync) 
.long SYMBOL_NAME(sys_readv) /* 145 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_writev) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getsid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_fdatasync) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sysctl) 
.long SYMBOL_NAME(sys_mlock) /* 150 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_munlock) 
.long SYMBOL_NAME(sys_mlockall) 
.long SYMBOL_NAME(sys_munlockall) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_setparam) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_getparam)　 /* 155 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_setscheduler) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_getscheduler) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_yield) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_get_priority_max) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_get_priority_min)　/* 160 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_sched_rr_get_interval) 
.long SYMBOL_NAME(sys_nanosleep) 
.long SYMBOL_NAME(sys_mremap) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setresuid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getresuid) /* 165 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_vm86) 
.long SYMBOL_NAME(sys_query_module) 
.long SYMBOL_NAME(sys_poll) 
.long SYMBOL_NAME(sys_nfsservctl) 
.long SYMBOL_NAME(sys_setresgid) /* 170 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_getresgid) 
.long SYMBOL_NAME(sys_prctl) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigreturn) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigaction) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigprocmask) /* 175 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigpending) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigtimedwait) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigqueueinfo) 
.long SYMBOL_NAME(sys_rt_sigsuspend) 
.long SYMBOL_NAME(sys_pread) /* 180 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_pwrite) 
.long SYMBOL_NAME(sys_chown) 
.long SYMBOL_NAME(sys_getcwd) 
.long SYMBOL_NAME(sys_capget) 
.long SYMBOL_NAME(sys_capset)　　　　　 /* 185 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_sigaltstack) 
.long SYMBOL_NAME(sys_sendfile) 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams1 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* streams2 */ 
.long SYMBOL_NAME(sys_vfork)　　　　　　/* 190 */ 
　我们来继续看本行的三个参数:(,%eax,4),实现数组索引。当然，这个数组是以sys_call_table作为索引的， 
称为偏移。三个参数分别代表：数组的基地址，索引（eax,也就是系统调用数）和大小，或每个数组元素中的字 
节数-----这里是4。由于数组基地址为空，所以赋予0---但它需要和偏移地址sys_call_table相加，简单的说是 
sys_call_table被当作数组的基地址。我把本行用c重写如下： 
(sys_call_table)[EAX](); 
当然，c还要处理许多工作，如为你纪录数组元素的大小。不要忘记，系统调用的参数早已经存储在堆栈中了， 
以便于system_call使用SAVE_ALL把他们压栈。 
-------------------------------------------------------------------------------------------- 
movl %eax,EAX(%esp) # 系统调用返回 
/*它在EAX寄存器中的返回值（这个值同时也是system_call的返回值）被存储了起来。返回值被存储在堆栈中的 
EAX内，以使得RESTORE_ALL可以迅速地恢复实际的EAX寄存器及其他寄存器的值。*/ 


　以下代码依然是system_call的一部分，是一个可以命名为ret_from_sys_call和ret_from_intr的独立入口点。 
它们偶尔会被c直接调用，也可以从system_call的其他部分跳转过来。 
ALIGN 
.globl ret_from_sys_call 
.globl ret_from_intr 
ret_from_sys_call: 
movl SYMBOL_NAME(bh_mask),%eax 
andl SYMBOL_NAME(bh_active),%eax 
jne handle_bottom_half 
/*检测bottom half是否激活，如果激活，程序就跳转到handle_bottom_half执行，bottom half是中断进程的一部 
分，以后再提及，中断进程我的概念也很模糊。*/ 
ret_with_reschedule: 
cmpl $0,need_resched(%ebx)/*检查进程是否为再次调度做了标记*/ 
jne reschedule/*如果是，就跳转到reschedule*/ 
cmpl $0,sigpending(%ebx)/*检查是否还有挂起信号*/ 
jne signal_return/*如果有，则程序跳转到signal_return*/ 
restore_all: 
RESTORE_ALL/*system_call的退出点，参看前面SAVE_ALL的用法*/ 

ALIGN 
signal_return:/*当system_call从系统调用返回前，如果它检测到需要将信号传送给当前的进程时，才会执行到 
signal_return。它通过使中断再次可用开始执行。*/ 
sti # we can get here from an interrupt handler 
testl $(VM_MASK),EFLAGS(%esp)/*检测是否返回虚拟8086模式*/ 
movl %esp,%eax 
jne v86_signal_return/*如果是，就跳转到v86_signal_return（由于虚拟8086我也不太理解，所以就跳过了，：（*/ 
xorl %edx,%edx /*system_call需要调用c函数do_signal来释放信号。do_signal需要两个参数，这两个参数都是 
通过寄存器来传递的；第一个是EAX寄存器，另一个是edx寄存器。system_call已经把第一个参数的值赋给了eax； 
现在，把edx寄存器和寄存器本身进行xor操作，从而将其清0，这样do_signal就认为这是一个空指针。*/ 
call SYMBOL_NAME(do_signal) /*好，现在就可以调用do_signal来传递信号了*/ 
jmp restore_all /*然后跳转到restore_all结束*/ 

ALIGN 
v86_signal_return: 
call SYMBOL_NAME(save_v86_state) 
movl %eax,%esp 
xorl %edx,%edx 
call SYMBOL_NAME(do_signal) 
jmp restore_all 

ALIGN 
tracesys:　/*前面说过，当有当前进程的系统调用被其祖先跟踪，如strace或truss程序，程序就跳转到此。*/ 
movl $-ENOSYS,EAX(%esp)　/*system_call把存储在堆栈中的EAX拷贝赋予-ENOSYS。*/ 
call SYMBOL_NAME(syscall_trace)　/*调用syscall_trace*/ 
movl ORIG_EAX(%esp),%eax　/*在172行再从所作的拷贝中恢复EAX的值*/ 
call *SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4)　/*调用实际的系统调用。*/ 
movl %eax,EAX(%esp) /*把系统调用的返回值置入堆栈中EAX的位置。*/ 
call SYMBOL_NAME(syscall_trace)　/*再次调用syscall_trace*/ 
jmp ret_from_sys_call　/*被跟踪的系统调用已经返回，控制流程跳转到ret_from_sys_call*/ 
badsys:　/*前面说过，当系统调用数超过边界值时程序就跳转到这里。*/ 
movl $-ENOSYS,EAX(%esp) /*这时system_call必须返回-ENOSYS，82行把ENOSYS赋值为38。调用者会识别这个错误*/ 
jmp ret_from_sys_call　 /*跳转到ret_from_sys_call*/ 

ALIGN 
ret_from_exception:/*在诸如除0之类的cpu异常中断情况下将执行到这里；system_call内部代码不会执行到这个标号*/ 
movl SYMBOL_NAME(bh_mask),%eax 
andl SYMBOL_NAME(bh_active),%eax 
jne handle_bottom_half 
ALIGN 
ret_from_intr: 
GET_CURRENT(%ebx) 
movl EFLAGS(%esp),%eax # mix EFLAGS and CS 
movb CS(%esp),%al 
testl $(VM_MASK | 3),%eax # return to VM86 mode or non-supervisor? 
jne ret_with_reschedule 
jmp restore_all 

ALIGN 
handle_bottom_half: 
call SYMBOL_NAME(do_bottom_half) 
jmp ret_from_intr 

ALIGN 
reschedule: 
call SYMBOL_NAME(schedule)　　# test 
jmp ret_from_sys_call 
这以上的代码，我都还不太怎么明白，等我弄明白了就补齐，但基本的system_call的内部核心代码都介绍完了。后几 
天我会分析几个系统调用的样例来帮助理