如何在Linux中实现系统调用的三种方法？

2024年9月24日 互联网

1、使用glibc库函数：Glibc是GNU发布的开源标准C库，为程序员提供丰富的API，它不仅封装了操作系统提供的系统服务，还提供了字符串处理、数学运算等用户态服务，通过使用glibc的chmod函数来改变文件的属性，示例代码如下：

如何在Linux中实现系统调用的三种方法？

#include<stdio.h>
int main()
{
    int rc=chmod("./weiwei",0666);
    if(rc==-1)
        perror("chmod fail
");
    else
        printf("chmod succeed
");
    return 0;
}

2、使用syscall函数：如果glibc没有封装某个内核提供的系统调用，可以通过glibc提供的syscall库函数直接调用，syscall是一个通过特定子功能号和特定参数调用汇编语言接口的库函数，通过syscall函数来改变文件的属性，示例代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
//syscall接口函数声明在头文件unistd.h中
#include<sys/syscall.h>
//SYS_chmod在头文件syscall.h中
int main()
{
 int rc=syscall(SYS_chmod,"./weiwei",0777);
 if(rc==-1)
 perror("SYS_chmod chmod fail
");
 else
 printf("SYS_chmod chmod succeed
");
 return 0;
}

3、通过_syscall系统调用宏：Linux内核提供了一组宏，用于实现系统调用接口函数，这组宏是_syscalln()，其中n的范围从0到6，这组宏会设置好寄存器并调用软中断指令，以_syscall0()为例，_syscall0()为不带参数的系统调用宏函数，它以嵌入汇编的形式调用软中断指令int 0x80。

#define _syscall0(type,name) \
type name(void) \
 { \
 long __res; \
 __asm__ volatile ("int $0x80" \          // 调用系统中断0x80。
 : "=a" (__res) \                 // 返回值èeax(__res)。
 : "0" (__NR_##name)); \          // 输入为系统中断调用号__NR_name。
 if (__res >= 0) \                        // 如果返回值>=0，则直接返回该值。
 return (type) __res; \
 errno = -__res; \                        // 否则置出错号，并返回-1。
 return -1; \
 }

假设我们要新增一个名为test系统调用，我们可以使用_syscall系统调用宏实现，假设test系统调用参数个数为0个，我们通过_syscall0(int, test)申请了一个新的系统调用，我们通过_syscall0(int, test)声明一个系统调用，根据宏定义我们把_syscall0(int, test)这个宏展开并替代得到如下语句：

如何在Linux中实现系统调用的三种方法？

int test(void)
{
    long __res;
    __asm__ volatile ("int $0x80" \
    : "=a" (__res) \
    : "0" (__NR_test));
    if (__res >= 0)
        return (int) __res;
    errno = -__res;
    return -1;
}

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问题一：为什么需要使用syscall函数而不是直接使用glibc库函数？

答案：glibc库函数是对系统调用的封装，它提供了更高层次的API，使得编程更加方便，有些系统调用可能没有被glibc封装，或者你可能需要直接访问底层的系统调用，这时就可以使用syscall函数，syscall函数允许你直接指定系统调用号和参数，从而进行更底层的操作。

如何在Linux中实现系统调用的三种方法？

问题二：如何使用_syscall系统调用宏来实现一个带有多个参数的系统调用？

答案：_syscall系统调用宏支持最多6个参数的系统调用，你可以根据需要选择相应的_syscalln()宏，如果你要实现一个带有两个参数的系统调用，可以使用_syscall2()宏，假设你要实现一个名为my_write的系统调用，它接受一个文件描述符和一个缓冲区作为参数，你可以这样实现：

#define _syscall2(type,name,arg1_type,arg1,arg2_type,arg2) \
type name(arg1_type arg1, arg2_type arg2) \
{ \
    long __res; \
    __asm__ volatile ("int $0x80" \
    : "=a" (__res) \
    : "0" (__NR_##name), "r" (arg1), "r" (arg2)); \
    if (__res >= 0) \
        return (type) __res; \
    errno = -__res; \
    return -1; \
}
ssize_t my_write(int fd, const void *buf, size_t count)
{
    return _syscall2(ssize_t, my_write, int, fd, const void *, buf, size_t, count);
}
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