Linux 下系统调用的三种方法
系统调用（system call）是操作系统为在用户态运行的进程与硬件设备（如cpu、磁盘、打印机等）进行交互提供的一组接口。当用户进程需要发生系统调用时，cpu 通过软中断切换到内核态开始执行内核系统调用函数。下面介绍linux 下三种发生系统调用的方法：
通过 glibc 提供的库函数glibc 是 linux 下使用的开源的标准 c 库，它是 gnu 发布的 libc 库，即运行时库。glibc 为程序员提供丰富的 api（application programming interface），除了例如字符串处理、数学运算等用户态服务之外，最重要的是封装了操作系统提供的系统服务，即系统调用的封装。那么glibc提供的系统调用api与内核特定的系统调用之间的关系是什么呢？
通常情况，每个特定的系统调用对应了至少一个 glibc 封装的库函数，如系统提供的打开文件系统调用sys_open对应的是 glibc 中的open函数；其次，glibc 一个单独的 api 可能调用多个系统调用，如 glibc 提供的printf函数就会调用如sys_open、sys_mmap、sys_write、sys_close等等系统调用；另外，多个 api 也可能只对应同一个系统调用，如glibc 下实现的malloc、calloc、free等函数用来分配和释放内存，都利用了内核的sys_brk的系统调用。举例来说，我们通过 glibc 提供的chmod函数来改变文件etc/passwd的属性为 444：
#include #include #include #include int main(){ int rc; rc = chmod(/etc/passwd, 0444); if (rc == -1) fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno); else printf(chmod success!\n); return 0;}
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#include
#include
#include
#include
int main()
{
int rc;
rc = chmod(/etc/passwd, 0444);
if (rc == -1)
fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno);
else
printf(chmod success!\n);
return 0;
}
在普通用户下编译运用，输出结果为：
chmod failed, errno = 1
1
2
chmod failed, errno = 1
上面系统调用返回的值为-1，说明系统调用失败，错误码为1，在/usr/include/asm-generic/errno-base.h文件中有如下错误代码说明：
#define eperm 1 /* operation not permitted */
1
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#define eperm 1 /* operation not permitted */
即无权限进行该操作，我们以普通用户权限是无法修改 /etc/passwd 文件的属性的，结果正确。
使用 syscall 直接调用使用上面的方法有很多好处，首先你无须知道更多的细节，如 chmod 系统调用号，你只需了解 glibc 提供的 api 的原型；其次，该方法具有更好的移植性，你可以很轻松将该程序移植到其他平台，或者将 glibc 库换成其它库，程序只需做少量改动。
但有点不足是，如果 glibc 没有封装某个内核提供的系统调用时，我就没办法通过上面的方法来调用该系统调用。如我自己通过编译内核增加了一个系统调用，这时 glibc 不可能有你新增系统调用的封装 api，此时我们可以利用 glibc 提供的syscall函数直接调用。该函数定义在unistd.h头文件中，函数原型如下：
long int syscall (long int sysno, ...)
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long int syscall (long int sysno, ...)
sysno是系统调用号，每个系统调用都有唯一的系统调用号来标识。在sys/syscall.h中有所有可能的系统调用号的宏定义。…为剩余可变长的参数，为系统调用所带的参数，根据系统调用的不同，可带0~5个不等的参数，如果超过特定系统调用能带的参数，多余的参数被忽略。返回值该函数返回值为特定系统调用的返回值，在系统调用成功之后你可以将该返回值转化为特定的类型，如果系统调用失败则返回 -1，错误代码存放在errno中。还以上面修改 /etc/passwd 文件的属性为例，这次使用 syscall 直接调用：
#include #include #include #include int main(){ int rc; rc = syscall(sys_chmod, /etc/passwd, 0444); if (rc == -1) fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno); else printf(chmod succeess!\n); return 0;}
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#include
#include
#include
#include
int main()
{
int rc;
rc = syscall(sys_chmod, /etc/passwd, 0444);
if (rc == -1)
fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno);
else
printf(chmod succeess!\n);
return 0;
}
在普通用户下编译执行，输出的结果与上例相同。
通过 int 指令陷入如果我们知道系统调用的整个过程的话，应该就能知道用户态程序通过软中断指令int 0x80来陷入内核态（在intel pentium ii 又引入了sysenter指令），参数的传递是通过寄存器，eax 传递的是系统调用号，ebx、ecx、edx、esi和edi 来依次传递最多五个参数，当系统调用返回时，返回值存放在 eax 中。
仍然以上面的修改文件属性为例，将调用系统调用那段写成内联汇编代码：
#include #include #include #include int main(){ long rc; char *file_name = /etc/passwd; unsigned short mode = 0444; asm( int $0x80 : =a (rc) : 0 (sys_chmod), b ((long)file_name), c ((long)mode) ); if ((unsigned long)rc >= (unsigned long)-132) { errno = -rc; rc = -1; } if (rc == -1) fprintf(stderr, chmode failed, errno = %d\n, errno); else printf(success!\n); return 0;}
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#include
int main()
{
long rc;
char *file_name = /etc/passwd;
unsigned short mode = 0444;
asm(
int $0x80
: =a (rc)
: 0 (sys_chmod), b ((long)file_name), c ((long)mode)
);
if ((unsigned long)rc >= (unsigned long)-132) {
errno = -rc;
rc = -1;
}
if (rc == -1)
fprintf(stderr, chmode failed, errno = %d\n, errno);
else
printf(success!\n);
return 0;
}
如果 eax 寄存器存放的返回值（存放在变量 rc 中）在 -1~-132 之间，就必须要解释为出错码（在/usr/include/asm-generic/errno.h文件中定义的最大出错码为 132），这时，将错误码写入 errno 中，置系统调用返回值为 -1；否则返回的是 eax 中的值。
上面程序在 32位linux下以普通用户权限编译运行结果与前面两个相同！
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通常情况，每个特定的系统调用对应了至少一个 glibc 封装的库函数，如系统提供的打开文件系统调用sys_open对应的是 glibc 中的open函数；其次，glibc 一个单独的 api 可能调用多个系统调用，如 glibc 提供的printf函数就会调用如sys_open、sys_mmap、sys_write、sys_close等等系统调用；另外，多个 api 也可能只对应同一个系统调用，如glibc 下实现的malloc、calloc、free等函数用来分配和释放内存，都利用了内核的sys_brk的系统调用。举例来说，我们通过 glibc 提供的chmod函数来改变文件etc/passwd的属性为 444：
#include #include #include #include int main(){ int rc; rc = chmod(/etc/passwd, 0444); if (rc == -1) fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno); else printf(chmod success!\n); return 0;}
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int rc;
rc = chmod(/etc/passwd, 0444);
if (rc == -1)
fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno);
else
printf(chmod success!\n);
return 0;
}
在普通用户下编译运用，输出结果为：
chmod failed, errno = 1
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chmod failed, errno = 1
上面系统调用返回的值为-1，说明系统调用失败，错误码为1，在/usr/include/asm-generic/errno-base.h文件中有如下错误代码说明：
#define eperm 1 /* operation not permitted */
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#define eperm 1 /* operation not permitted */
即无权限进行该操作，我们以普通用户权限是无法修改 /etc/passwd 文件的属性的，结果正确。
使用 syscall 直接调用使用上面的方法有很多好处，首先你无须知道更多的细节，如 chmod 系统调用号，你只需了解 glibc 提供的 api 的原型；其次，该方法具有更好的移植性，你可以很轻松将该程序移植到其他平台，或者将 glibc 库换成其它库，程序只需做少量改动。
但有点不足是，如果 glibc 没有封装某个内核提供的系统调用时，我就没办法通过上面的方法来调用该系统调用。如我自己通过编译内核增加了一个系统调用，这时 glibc 不可能有你新增系统调用的封装 api，此时我们可以利用 glibc 提供的syscall函数直接调用。该函数定义在unistd.h头文件中，函数原型如下：
long int syscall (long int sysno, ...)
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long int syscall (long int sysno, ...)
sysno是系统调用号，每个系统调用都有唯一的系统调用号来标识。在sys/syscall.h中有所有可能的系统调用号的宏定义。…为剩余可变长的参数，为系统调用所带的参数，根据系统调用的不同，可带0~5个不等的参数，如果超过特定系统调用能带的参数，多余的参数被忽略。返回值该函数返回值为特定系统调用的返回值，在系统调用成功之后你可以将该返回值转化为特定的类型，如果系统调用失败则返回 -1，错误代码存放在errno中。还以上面修改 /etc/passwd 文件的属性为例，这次使用 syscall 直接调用：
#include #include #include #include int main(){ int rc; rc = syscall(sys_chmod, /etc/passwd, 0444); if (rc == -1) fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno); else printf(chmod succeess!\n); return 0;}
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int rc;
rc = syscall(sys_chmod, /etc/passwd, 0444);
if (rc == -1)
fprintf(stderr, chmod failed, errno = %d\n, errno);
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printf(chmod succeess!\n);
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在普通用户下编译执行，输出的结果与上例相同。
通过 int 指令陷入如果我们知道系统调用的整个过程的话，应该就能知道用户态程序通过软中断指令int 0x80来陷入内核态（在intel pentium ii 又引入了sysenter指令），参数的传递是通过寄存器，eax 传递的是系统调用号，ebx、ecx、edx、esi和edi 来依次传递最多五个参数，当系统调用返回时，返回值存放在 eax 中。
仍然以上面的修改文件属性为例，将调用系统调用那段写成内联汇编代码：
#include #include #include #include int main(){ long rc; char *file_name = /etc/passwd; unsigned short mode = 0444; asm( int $0x80 : =a (rc) : 0 (sys_chmod), b ((long)file_name), c ((long)mode) ); if ((unsigned long)rc >= (unsigned long)-132) { errno = -rc; rc = -1; } if (rc == -1) fprintf(stderr, chmode failed, errno = %d\n, errno); else printf(success!\n); return 0;}
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int $0x80
: =a (rc)
: 0 (sys_chmod), b ((long)file_name), c ((long)mode)
);
if ((unsigned long)rc >= (unsigned long)-132) {
errno = -rc;
rc = -1;
}
if (rc == -1)
fprintf(stderr, chmode failed, errno = %d\n, errno);
else
printf(success!\n);
return 0;
}
如果 eax 寄存器存放的返回值（存放在变量 rc 中）在 -1~-132 之间，就必须要解释为出错码（在/usr/include/asm-generic/errno.h文件中定义的最大出错码为 132），这时，将错误码写入 errno 中，置系统调用返回值为 -1；否则返回的是 eax 中的值。
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