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Arm linux 系統(tǒng)調(diào)用分析

作者： 時(shí)間：2016-11-09 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
Armlinux系統(tǒng)調(diào)用分析
概述

操作系統(tǒng)為在用戶態(tài)運(yùn)行的進(jìn)程與硬件設(shè)備進(jìn)行交互，提供操作系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)，提供了一組接口。在應(yīng)用程序和硬件之間，內(nèi)核提供的系統(tǒng)服務(wù)設(shè)置一個(gè)額外層具有很多優(yōu)點(diǎn)。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201611/318014.htm

首先，這使得編程更加容易，把用戶從學(xué)習(xí)硬件設(shè)備的低級(jí)編程特性中解放出來。

其次，這極大地提高了系統(tǒng)的安全性，因?yàn)閮?nèi)核在試圖滿足某個(gè)請(qǐng)求之前在接口級(jí)就可以檢查這種請(qǐng)求的正確性。

最后，更重要的是這些接口使得程序具有可移植性，因?yàn)橹灰獌?nèi)核所提供的一組接口相同，那么在任一內(nèi)核之上就可以正確地編譯和執(zhí)行程序。


ARMLinux系統(tǒng)利用SWI指令來從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間，還是先讓我們了解下這個(gè)SWI指令吧。SWI指令用于產(chǎn)生軟件中斷，從而實(shí)現(xiàn)從用戶模式到管理模式的變換，CPSR保存到管理模式的SPSR，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。在其他模式下也可使用SWI指令，處理器同樣地切換到管理模式。指令格式如下：

SWI{cond}immed_24

其中：

immed_2424位立即數(shù)，值為從0——16777215之間的整數(shù)。

使用SWI指令時(shí)，通常使用以下兩種方法進(jìn)行參數(shù)傳遞，SWI異常處理程序可以提供相關(guān)的服務(wù)，這兩種方法均是用戶軟件協(xié)定。

1)指令中24位的立即數(shù)指定了用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型，參數(shù)通過通用寄存器傳遞。SWI異常處理程序要通過讀取引起軟件中斷的SWI指令，以取得24為立即數(shù)。如：

MOVR0,#34

SWI12

2)指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請(qǐng)求的服務(wù)類型由寄存器R0的值決定，參數(shù)通過其他的通用寄存器傳遞。如：

MOVR0,#12

MOVR1,#34

SWI0

ArmLinux內(nèi)核處理系統(tǒng)調(diào)用

  1. 在分析arm中斷處理過程中我們提到過arm架構(gòu)中的異常處理向量表，其中有一個(gè)地址就是處理swi軟件中斷的入口。
  3. .globl __vectors_start
  5. __vectors_start:
  7. swi SYS_ERROR0:
  9. b vector_und + stubs_offset
  11. ldr pc, .LCvswi + stubs_offset
  13. b vector_pabt + stubs_offset
  15. b vector_dabt + stubs_offset
  17. b vector_addrexcptn + stubs_offset
  19. b vector_irq + stubs_offset
  21. b vector_fiq + stubs_offset
  23. .globl __vectors_end:
  25. __vectors_end:
  27. Cpu執(zhí)行上面紅色指令之后跳轉(zhuǎn)到entry-common.s執(zhí)行vector_swi處的指令，該函數(shù)就是內(nèi)核中處理系統(tǒng)調(diào)用的入口。

  1. 在用戶態(tài)調(diào)用swi指令，cpu從user狀態(tài)切換到svc狀態(tài)。首先需要執(zhí)行的就是保存cpu現(xiàn)場(chǎng)，這樣才能在陷入內(nèi)核態(tài)執(zhí)行了相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用處理過程之后，恢復(fù)cpu用戶態(tài)的狀態(tài)，重新執(zhí)行用戶態(tài)進(jìn)程。
  3. ENTRY(vector_swi)
  5. sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
  7. stmia sp, {r0 - r12} @ Calling r0 - r12
  9. add r8, sp, #S_PC
  11. stmdb r8, {sp, lr}^ @ Calling sp, lr
  13. mrs r8, spsr @ called from non-FIQ mode, so ok.
  15. str lr, [sp, #S_PC] @ Save calling PC
  17. str r8, [sp, #S_PSR] @ Save CPSR
  19. str r0, [sp, #S_OLD_R0] @ Save OLD_R0
  21. zero_fp
  23. BLANK();
  25. DEFINE(S_R0, offsetof(struct pt_regs, ARM_r0));
  27. DEFINE(S_R1, offsetof(struct pt_regs, ARM_r1));
  29. DEFINE(S_R2, offsetof(struct pt_regs, ARM_r2));
  31. DEFINE(S_R3, offsetof(struct pt_regs, ARM_r3));
  33. DEFINE(S_R4, offsetof(struct pt_regs, ARM_r4));
  35. DEFINE(S_R5, offsetof(struct pt_regs, ARM_r5));
  37. DEFINE(S_R6, offsetof(struct pt_regs, ARM_r6));
  39. DEFINE(S_R7, offsetof(struct pt_regs, ARM_r7));
  41. DEFINE(S_R8, offsetof(struct pt_regs, ARM_r8));
  43. DEFINE(S_R9, offsetof(struct pt_regs, ARM_r9));
  45. DEFINE(S_R10, offsetof(struct pt_regs, ARM_r10));
  47. DEFINE(S_FP, offsetof(struct pt_regs, ARM_fp));
  49. DEFINE(S_IP, offsetof(struct pt_regs, ARM_ip));
  51. DEFINE(S_SP, offsetof(struct pt_regs, ARM_sp));
  53. DEFINE(S_LR, offsetof(struct pt_regs, ARM_lr));
  55. DEFINE(S_PC, offsetof(struct pt_regs, ARM_pc));
  57. DEFINE(S_PSR, offsetof(struct pt_regs, ARM_cpsr));
  59. DEFINE(S_OLD_R0, offsetof(struct pt_regs, ARM_ORIG_r0));
  61. DEFINE(S_FRAME_SIZE, sizeof(struct pt_regs));
  63. BLANK();

  1. ldr r10, [lr, #-4] @ get SWI instruction
  3. 之后，將swi指令保存在r10寄存器中
  5. enable_irq
  7. get_thread_info tsk
  9. adr tbl, sys_call_table @ load syscall table pointer
  11. ldr ip, [tsk, #TI_FLAGS] @ check for syscall tracing
  13. 開啟中斷，將thread info結(jié)構(gòu)的指針保存在tsk，將sys_call_table的地址保存在tbl中，將thread info結(jié)構(gòu)中的flag保存ip中。
  15. scno .req r7 @ syscall number
  17. tbl .req r8 @ syscall table pointer
  19. why .req r8 @ Linux syscall (!= 0)
  21. tsk .req r9 @ current thread_info

  1. bics r10, r10, #0xff000000
  3. eorne scno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE
  5. ldrne tbl, =sys_oabi_call_table
  7. #elif !defined(CONFIG_AEABI)
  9. bic scno, scno, #0xff000000 @ mask off SWI op-code
  11. eor scno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE @ check OS number
  13. #endif
  15. 檢查swi命令中帶的中斷號(hào)是不是為0，如果不等于零說明是是old ABI方式調(diào)用的系統(tǒng)調(diào)用，這時(shí)將sys_oabi_call_table的地址載入到tbl中，同時(shí)得到系統(tǒng)調(diào)用的中斷號(hào)，保存在scno中。如果swi指令中帶點(diǎn)中斷號(hào)為0，說明系統(tǒng)調(diào)用是利用scno寄存器傳遞中斷號(hào)的。利用異或指令，將__NR_SYSCALL_BASE清除掉，得到實(shí)際的系統(tǒng)請(qǐng)求號(hào)（系統(tǒng)調(diào)用號(hào)定義為__NR_SYSCALL_BASE+x）。

  1. stmdb sp!, {r4, r5} @ push fifth and sixth args
  3. tst ip, #_TIF_SYSCALL_TRACE @ are we tracing syscalls?
  5. bne __sys_trace
  7. 如果進(jìn)程帶有syscall trace標(biāo)志就調(diào)用sys_trace，這處應(yīng)該是作為調(diào)試用的。
  9. cmp scno, #NR_syscalls @ check upper syscall limit
  11. adr lr, ret_fast_syscall @ return address
  13. ldrcc pc, [tbl, scno, lsl #2] @ call sys_* routine
  15. 如果系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，不大于NR_syscalls，就跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)去執(zhí)行l(wèi)drcc pc, [tbl, scno, lsl #2]

總結(jié)

Arm系統(tǒng)調(diào)用的簡(jiǎn)單概述。首先是用戶態(tài)執(zhí)行swi指令，swi指令使得cpu陷入svc狀態(tài)，并跳轉(zhuǎn)到固定地址去執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用處理過程。用戶態(tài)通過兩種方法傳遞給內(nèi)核執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)。內(nèi)核執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用處理過程，首先保存cpu現(xiàn)場(chǎng)，之后會(huì)獲取到系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，以系統(tǒng)調(diào)用地址表的基地址，加系統(tǒng)調(diào)用號(hào)做偏移，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用例程做相應(yīng)的處理。

關(guān)鍵詞： Armlinux系統(tǒng)調(diào)

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