系统调用
用户空间和内核空间之间的通信实现
● 与系统调用相关的数据结构和函数
系统调用函数名以“sys_”开头，后面是该系统调用的名字，由此构成了221个形似sys_name()的函数名。include/asm-i386/unistd.h中为每一个系统调用规定了惟一的编号，假设用name来表示系统调用的名称，那么系统调用号与系统调用响应函数的关系是：以系统调用号__NR_name作为下标，可找出系统调用表sys_call_table中对应表项的内容，它也就是该系统调用的响应函数sys_name的入口地址。
● 系统调用具体执行流程
当执行一个系统调用时，处理器跳转到地址 0xc00。
参考代码:
arch/ppc/kernel/head.S
/* System call */
. = 0xc00
SystemCall:
EXCEPTION_PROLOG
/* EXCEPTION_PROLOG 是一个宏，负责从用户空间到内核空间的切换，并需要保存用户进程的寄存器状态*/
stw r3,ORIG_GPR3(r21)
li r20,MSR_KERNEL
rlwimi r20,r23,0,16,16 /* copy EE bit from saved MSR */
bl transfer_to_handler
.long DoSyscall
.long ret_from_except |
有关DoSyscall，它在文件arch/ppc/kernel/entry.S 中定义。这个函数最终使用系统调用编号将系统调用表的地址和索引加载，操作系统使用系统调用表将系统调用编号翻译为特定的系统调用。
系统调用表名为 sys_call_table，在 arch/ppc/kernel/misc.S 中定义。系统调用表包含有实现每个系统调用的函数的地址。
_GLOBAL(sys_call_table)
.long sys_ni_syscall /* 0 old "setup()" system call */
long sys_getegid /* 50 */
.long sys_acct
.long sys_umount /* recycled never used phys() */
.long sys_ni_syscall /* old lock syscall holder */
.long sys_ioctl /* 54 */
.long sys_fcntl /* 55 */ |
当DoSyscall 找到正确的系统调用地址后，它将调用指定的系统调用函数。如要做系统ioctl调用，对应的系统调用号为54，它将调用函数sys_ioctl()。下面具体会说明sys_ioctl()的调用过程。
当函数调用完毕之后，返回到 DoSyscall()，它将控制权切换给 ret_from_except（在 arch/ppc/kernel/entry.S 中定义）。它会去检查那些在切换回用户空间之前需要完成的任务。如果没有需要做的事情，那么就通过 restore 函数恢复用户进程的状态，并将控制权交还给用户程序。
● ioctl系统调用的整个流程
sys_ioctl()是整个ioctl系统调用过程中的最顶级函数，它需要对输入的参数进行预处理，检查参数的合法性，然后调用底层的处理函数作更进一步的处理。
分析函数sys_ioctl()，参考代码：
fs/ioctl.c
asmlinkage long sys_ioctl(unsigned int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct file * filp;
unsigned int flag;
int on, error = -EBADF;
filp = fget(fd);
/*通过传入的参数文件句柄fd来获得需要操作的文件(或者设备)的指针，后面做了具体的说明*/
if (!filp)
goto out;
error = 0;
TRACE_FILE_SYSTEM(TRACE_EV_FILE_SYSTEM_IOCTL,
fd,
cmd,
NULL);
lock_kernel();
switch (cmd) { /*不同的传入命令字参数cmd的处理*/
case FIOCLEX:
set_close_on_exec(fd, 1);
break;
case FIONCLEX:
set_close_on_exec(fd, 0);
break;
case FIONBIO:
if ((error = get_user(on, (int *)arg)) != 0)
break;
flag = O_NONBLOCK;
#ifdef __sparc__
/* SunOS compatibility item. */
if(O_NONBLOCK != O_NDELAY)
flag |= O_NDELAY;
#endif
if (on)
filp->f_flags |= flag;
else
filp->f_flags &= ~flag;
break;
case FIOASYNC:
if ((error = get_user(on, (int *)arg)) != 0)
break;
flag = on ? FASYNC : 0;
/* Did FASYNC state change ? */
if ((flag ^ filp->f_flags) & FASYNC) {
if (filp->f_op && filp->f_op->fasync)
error = filp->f_op->fasync(fd, filp, on);
else error = -ENOTTY;
}
if (error != 0)
break;
if (on)
filp->f_flags |= FASYNC;
else
filp->f_flags &= ~FASYNC;
break;
default:
/*如果传入的命令字参数cmd不符合上述情况，则需要调用更底层的ioctl处理函数
error = -ENOTTY;
/*下面根据情况调用ioctl处理函数*/
if (S_ISREG(filp->f_dentry->d_inode->i_mode))
error = file_ioctl(filp, cmd, arg); /*执行关于文件的ioctl的一般操作*/
else if (filp->f_op && filp->f_op->ioctl)
/*如果filp本身是一个设备，则执行filp->f_op->ioctl()函数，
对设备进行ioctl函数操作，该指针在初始化时就已经指向了设备函数接口中的ioctl函数，
因此在设备初始化时，只要向内核提交了file_operations{}结构
或block_device_operations{},其中的ioctl函数就会被调用到*/
error = filp->f_op->ioctl(filp->f_dentry->d_inode, filp, cmd, arg);
}
unlock_kernel();
fput(filp);
out:
return error;
} |
