系统调用总结

现代的cpu常常可以在多种截然不同的特权级别下执行指令，在现代操作系统中，通常也具有两种特权级别，分别是用户模式和内核模式，也被称为用户态和内核态，普通程序运行在用户态的模式上，收到了许多限制，因为操作系统将可能产生冲突的系统资源保护起来了，阻止应用程序直接访问，所有有了系统调用。系统调用是用户程序与内核之间的接口。

Linux下系统调用采用了0x80号中断作为系统调用的入口，当用户态的程序需要运行内核态的代码之后，操作系统产生中断将用户态切换到内核态（中断是当硬件或者软件发出的请求，请求CPU暂停当前的工作转手处理更重要的事情），在内核中有一个数组称为中断向量表，这个数组的第n项包含了指向第n号中断的中断处理程序的指针。当中断到来时，CPU会暂停当前的代码，根据中断号，在中断向量表中寻找对应的中断处理程序，并调用，等到中断处理程序执行完成过后，CPU继续执行之前的代码。下图可以解释其中的过程。

接着，以fork为例介绍系统调用的执行流程

1.触发中断
fork()函数是一个对系统调用fork的封装，可以用下列宏来定义
_syscall0(pid_t,fork);
_syscall0是一个宏函数，定义如下

asm的第一个参数是一个字符串，即“int $0x80”就是调用80号中断
“=a”(_res)表示用eax寄存器输出返回值并存储在_res里
“0”指示由编译器选择和输出相同的寄存器（即eax）来传递参数。

ps：可见，如果系统调用只有一个参数，那么参数是由eax寄存器传入的。x86下Linux支持的系统调用参数至多6个，分别使用6个寄存器传递，分别是ebx,ecx,edx,esi,edi,ebp。

2.切换堆栈
当CPU执行到int$0x80时，会保存现场以便恢复，接着会切换到内核态。然后CPU会查找中断向量表的第0x80号元素。切换到内核态的时候就牵扯到了第二步，切换堆栈。切换堆栈时候，CPU自动完成保存现场等信息，在这里就不多赘述了。

3.中断处理程序
在int指令合理的切换了栈之后，程序的流程就切换到了中断向量表中记录的0x80号中断处理程序。
以下是源码中的截取部分

可见，用户调用int 0x80之后，最终执行的函数是system_call，一开始使用宏SAVE_ALL将各种寄存器压栈，然后接下来使用cmp1指令比较eax和nr_syscalls的值。如果系统调用好有效，就会在Linux/arch/i386/kernel/syscall_table.S里找到eax的值对应的系统调用表里的函数的地址，从而实现运行内核代码

运行完成后恢复用户现场，从而切换回用户态，完成系统调用过程。

总结：系统调用是用户和内核交互的接口，其中过程包含了用户态切换到内核态，再由内核态切换回到用户态的过程，因此我们说系统调用时的对CPU的使用效率不高，极大的浪费了两次切换的时间和消耗的资源，还需注意系统调用表和中断向量表的区别！！！
(本文仅代表个人理解，有错误有劳指出)