操作系统（哈工大李治军老师）学习笔记 - 系统调用的实现

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

系统调用的实现

系统调用：上层软件通过函数调用进入操作系统，使用操作系统。表面上是函数，内部是什么呢?

应用程序在内存中，而操作系统也在内存中，应用程序想访问操作系统提供的功能，为什么不直接跳进去jmp或者直接mov？直接跳进去那是函数调用，而不是系统调用，所以不能直接跳过去。也就是说不能随意的调用数据，不能随意的jmp。

DPL用来描述目标内存段特权级，DPL就在GDT表中，GDT表项就用来描述一段内存，GDT表用来描述操作系统，操作系统无论是数据段还是代码段，GDT表项对应的DPL全等于0，head.s在初始化表的时候就把DPL初始化位为0，因此前面图片红色代码放在内核态。
CPL：当前特权级，CS=3用户态，数字越大特权级越低。
只有当当前的特权级大于等于目标内存的特权级时，才允许访问，也就是DPL>=CPL，因为数字越小特权级越大。

只有满足特权级要求，才可以进行访问。
这就解释了为啥用户调用进不去操作系统的原因。因为此时CPL = 3,DPL = 0，不满足特权级要求。

怎样才能进入内核呢？中断，中断不是jmp也不是mov，中断时进入内核的唯一方法。

中断只能是0x80，通过这个中断进入操作系统。
系统调用的实现：printf()格式化输出跟write搭不上边，write只有缓冲区和输出的个数，所以库函数将格式化输出采用c语言方式把它变成write所需要的缓冲区和字符个数，然后在调用write变成一段包含int 0x80的中断代码，然后中断代码在通过系统调用进入操作系统。

int 0x80到底做了哪些事情？
定义了宏，_syscall3
c嵌套汇编，通过宏展开汇编来实现write的实现
总结：将系统调用号置给eax，然后调用int 0x80，这样就到了内核了
在宏展示时，type = int ，name = write， atype = int，a = fd， btype,b = const char *buf， ctype = off_t, c = count
内嵌汇编：MOV _NR_write,%eax fd->ebx

INT指令需要查找IDT表，通过IDT表找到中断需要转去哪里去执行。
初始化时，int 0x80通过system_call函数去进行处理，set_system_gate设置中断处理门，其实每一个IDT表项就是中断处理门， 核心就是把IDT表初始化好，一旦初始化好，再遇到int 0x80中断，就从表中取出0x80中断，然后跳到中断处理函数处，中断处理函数&system_call肯定是一个地址。
set_system_gate(n,addr),n是中断处理号，addr是中断的地址，idt[n]:idt代表IDT表的起始地址，而通过n就可以找到80中断所对应的表项，addr就是地址，15和3分别传给type和dpl，此时DPL=3。

CS的最后两位就是CPL，此时CS = 8，而IP= system_call，CS的8代表GDT表项的8。
中断使得DPL=3，原先的CPL=3，满足DPL>=CPL，此时用户进入内核态，一旦进入内核，根据CS=8将CPL设为0，所以此时到了内核，到了内核就可以做了。等中断结束以后，CPL又会变为3，变为用户态。

system_call干什么事情？
ds = es = 0x10，10的最后两位也是0，0x0008是内核的代码的，而0x10是内核的数据段，从现在开始执行内核的代码，然后通过call跳到表执行，eax = _NR_write（系统调用号4），
_sys_call_table+4*%eax,_sys_call_table代表表的起始地址，前面的4代表每个系统调用占4个字节，每个调用的函数占4个字节。

总结

不能直接进入的原因？是因为会被上层应用看到，破坏，这是不允许的。
刚开始上面CPL=3,下面DPL=0，不能进去；要想进去，硬件提供唯一渠道，用户根据系统调用号eax=72，然后通过int 0x80指令才能穿过接口到达系统，怎么穿过呢？
CPL = 3,DPL = 3,一旦穿过去以后，CPL置成0，然后执行system_call，在system_call里面通过移动查表调用sys_whoami，这时候访问100就可以，因为CPL=0，访问哪个内存地址都可以，此时使用printk打印，不能使用printf，printf是上层应用软件使用的，printfk的k代表kernel。

CPL是当前进程的权限级别(Current Privilege Level)，是当前正在执行的代码所在的段的特权级，存在于cs寄存器的低两位。
DPL存储在段描述符中，规定访问该段的权限级别(Descriptor Privilege Level)，每个段的DPL固定。

之后将学习操作系统的内核。