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系统调用的原理

系统调用是什么实现的？​

用户态之间的通信通常通过 socket 或网络暴露 API 并调用，但系统调用不同，它是通过硬件机制实现的（高性能）：

  1. CPU 提供 syscall 这个特殊的指令。
  2. 底层库 glibc/musl 提供内核的系统调用包装函数，函数的实现逻辑是将系统调用号和对应参数放入特定的寄存器中，然后执行 syscall 指令。
  3. CPU 收到 syscall 指令后，自动从用户态切换到内核态，并从预设的寄存器加载相应的内核系统调用入口地址。
  4. CPU 执行相应的系统调用实现函数，并将结果写到特定的寄存器中。
  5. CPU 切回用户态，底层库 glibc/musl 从特定的寄存器中读取系统调用返回值，返回给上层应用。

如何查看支持的系统调用列表？​

arch 目录下的 tbl 文件保存了各种处理器架构下的系统调用映射表：

比如最常见的 x86 架构下的系统调用列表在 arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl 这个文件中：

第 1 列是系统调用号，是系统调用的唯一标识，不同处理器下可能不一样，第 3 列就是系统调用名称。

如何查看系统调用的实现函数？​

以进程发包的 sendto 系统调用为例：

所有系统调用的实现函数通过宏 SYSCALL_DEFINEx 来定义，x 标识函数接收的参数个数，支持 1 到 6 个参数:

#define SYSCALL_DEFINE1(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(1, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE2(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(2, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE4(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(4, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE5(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(5, _##name, __VA_ARGS__)
#define SYSCALL_DEFINE6(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(6, _##name, __VA_ARGS__)

这系列的宏第一个传入的参数就是系统调用名称，可以通过正则搜索系统调用函数，比如用 SYSCALL_DEFINE.*\(sendto 搜索 sendto 系统调用的实现函数：

跳转到宏定义的位置：

然后继续跳转里面真正的实现函数就可以看到系统调用的具体实现逻辑了。