Syscall系统调用Linux内核跟踪

在Linux用户空间中，我们常常需要调用系统调用。下面我们以Linux2.6.37版本为例，跟踪一下read系统调用的实现。不同版本的Linux系统调用实现可能会有所不同。

在一些应用程序中，我们可以看到如下定义：

scssCopy code
#define real_read(fd, buf, count ) (syscall(SYS_read, (fd), (buf), (count)))

实际上，真正调用的是系统函数syscall(SYS_read)，即sys_read()函数。在Linux2.6.37版本中，该函数是通过几个宏定义实现的。

Linux系统调用（SCI，system call interface）实际上是一个多路汇聚以及分解的过程，汇聚点是0x80中断入口点（X86系统结构）。也就是说，所有系统调用都从用户空间中汇聚到0x80中断点，同时保存具体的系统调用号。当0x80中断处理程序运行时，将根据系统调用号对不同的系统调用分别处理，即调用不同的内核函数进行处理。

引起系统调用的途径有两种：

（1）int $0×80，这是老式Linux内核版本中引起系统调用的唯一方式。

（2）sysenter汇编指令

在Linux内核中，我们可以使用下列宏定义来进行系统调用。

SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count)
{
    struct file *file;
    ssize_t ret = -EBADF;
    int fput_needed;

    file = fget_light(fd, &fput_needed);
    if (file) {
        loff_t pos = file_pos_read(file);
        ret = vfs_read(file, buf, count, &pos);
        file_pos_write(file, pos);
        fput_light(file, fput_needed);
    }

    return ret;
}

其中SYSCALL_DEFINE3的宏定义如下：

#define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__)

##的意思就是宏中的字符直接替换，
如果name = read，那么在宏中__NR_##name就替换成了__NR_read了。 NR##name是系统调用号，##指的是两次宏展开．即用实际的系统调用名字代替”name”,然后再把__NR…展开．如name == ioctl，则为__NR_ioctl。

#ifdef CONFIG_FTRACE_SYSCALLS
#define SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...)                \
    static const char *types_##sname[] = {            \
        __SC_STR_TDECL##x(__VA_ARGS__)            \
    };                            \
    static const char *args_##sname[] = {            \
        __SC_STR_ADECL##x(__VA_ARGS__)            \
    };                            \
    SYSCALL_METADATA(sname, x);                \
    __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__)
#else
#define SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...)                \
    __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__)
#endif

不管是否定义CONFIG_FTRACE_SYSCALLS宏，最终都会执行 下面的这个宏定义：

__SYSCALL_DEFINEx(x, sname, VA_ARGS)

#ifdef CONFIG_HAVE_SYSCALL_WRAPPERS

#define SYSCALL_DEFINE(name) static inline 
long SYSC_##name

#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...)                    \
    asmlinkage long sys##name(__SC_DECL##x(__VA_ARGS__));        \
    static inline long SYSC##name(__SC_DECL##x(__VA_ARGS__));    \
    asmlinkage long SyS##name(__SC_LONG##x(__VA_ARGS__))        \
    {                                \
        __SC_TEST##x(__VA_ARGS__);                \
        return (long) SYSC##name(__SC_CAST##x(__VA_ARGS__));    \
    }                                \
    SYSCALL_ALIAS(sys##name, SyS##name);                \
    static inline long SYSC##name(__SC_DECL##x(__VA_ARGS__))

#else /*
 CONFIG_HAVE_SYSCALL_WRAPPERS */

#define SYSCALL_DEFINE(name) asmlinkage 
long sys_##name
#define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...)                    \
    asmlinkage long sys##name(__SC_DECL##x(__VA_ARGS__))

#endif /*
 CONFIG_HAVE_SYSCALL_WRAPPERS */

最终会调用下面类型的宏定义：

asmlinkage long sys##name(__SC_DECL##x(VA_ARGS))
也就是我们前面提到的sys_read（）系统函数。
asmlinkage通知编译器仅从栈中提取该函数的参数。所有的系统调用都需要这个限定词！这和我们上一篇文章quagga中提到的宏定义，有异曲同工之妙。

也就是宏定义中的下面代码：

struct file *file;
    ssize_t ret = -EBADF;
    int fput_needed;

    file = fget_light(fd, &fput_needed);
    if (file) {
        loff_t pos = file_pos_read(file);
        ret = vfs_read(file, buf, count, &pos);
        file_pos_write(file, pos);
        fput_light(file, fput_needed);
    }

    return ret;

代码解析：

• fget_light() ：根据 fd 指定的索引，从当前进程描述符中取出相应的 file 对象（见图3）。
• 如果没找到指定的 file 对象，则返回错误
• 如果找到了指定的 file 对象：
• 调用 file_pos_read() 函数取出此次读写文件的当前位置。
• 调用 vfs_read() 执行文件读取操作，而这个函数最终调用 file->f_op.read() 指向的函数，代码如下：

if (file->f_op->read)
ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);

• 调用 file_pos_write() 更新文件的当前读写位置。
• 调用 fput_light() 更新文件的引用计数。
• 最后返回读取数据的字节数。

到此，虚拟文件系统层所做的处理就完成了，控制权交给了 ext2 文件系统层。

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