傳統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用是怎樣的？    —— int 0x80的時(shí)代

....             ；通過(guò)寄存器傳參
mov $n ,eax      ；將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)放到eax中
int 0x80

sysenter/sysexit的出場(chǎng)

        在一個(gè)Kernel.org的郵件列表中，有一封郵件討論了“"Intel P6 vs P7 system call performance”，最后得出的結(jié)論是采用傳統(tǒng)的int 0x80的系統(tǒng)調(diào)用浪費(fèi)了很多時(shí)間（具體原因可以看參考資料1），而sysenter/sysexit可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，所以決定在linux內(nèi)核中用后都替換前者（最終在2.6版本的內(nèi)核中才加入了此功能，即采用sysenter/sysexit）。

        在替換之前首先需要知道滿足如下條件的ntel機(jī)器才會(huì)有sysenter/sysexit指令對(duì)：Family >= 6，Model >= 3，Stepping >= 3

        如何用替換sysenter/sysexit替換以前的int 0x80呢？linux kenerl 需要考慮到這點(diǎn)：有的機(jī)器并不支持sysenter/sysexit  ， 于是它跟glibc說(shuō)好了，“你以后調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候就從我給你的這個(gè)地址調(diào)用，這個(gè)地址指向的內(nèi)容要么是int 0x80調(diào)用方式，要么是sysenter/sysexit調(diào)用方式，我會(huì)根據(jù)機(jī)器來(lái)選擇其中一個(gè)”（kernel與glibc的配合是如此的默契），這個(gè)地址便是vsyscall的首地址。

         可以將vdso看成一個(gè)shared objdect file（這個(gè)文件實(shí)際上不存在）,內(nèi)核將其映射到某個(gè)地址空間，被所有程序所共享。（我覺(jué)得這里用到了一個(gè)技術(shù)：多個(gè)虛擬頁(yè)面映射到同一個(gè)物理頁(yè)面。即內(nèi)核把vdso映射到某個(gè)物理頁(yè)面上，然后所有程序都會(huì)有一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)指向它，以此來(lái)共享，這樣每個(gè)程序的vdso地址就可以不相同了）

hex108@ubuntu:~/program$ uname -a
Linux ubuntu 2.6.35-22-generic #33-Ubuntu SMP Sun Sep 19 20:34:50 UTC 2010 i686 GNU/Linux
hex108@ubuntu:~/program$ sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0     //這個(gè)是必須的，否則vdso的地址是隨機(jī)的(vsyscall的地址也會(huì)相應(yīng)

                                                                        // 地發(fā)生變化 )，在下面dd的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤

                                                                        //dd: reading `/proc/self/mem': Input/output error

                                                                        
kernel.randomize_va_space = 0
hex108@ubuntu:~/program$ cat /proc/self/maps 
00110000-0012c000 r-xp 00000000 08:01 260639     /lib/ld-2.12.1.so
0012c000-0012d000 r--p 0001b000 08:01 260639     /lib/ld-2.12.1.so
0012d000-0012e000 rw-p 0001c000 08:01 260639     /lib/ld-2.12.1.so
0012e000-0012f000 r-xp 00000000 00:00 0          [vdso]
0012f000-00286000 r-xp 00000000 08:01 260663     /lib/libc-2.12.1.so
00286000-00287000 ---p 00157000 08:01 260663     /lib/libc-2.12.1.so
00287000-00289000 r--p 00157000 08:01 260663     /lib/libc-2.12.1.so
00289000-0028a000 rw-p 00159000 08:01 260663     /lib/libc-2.12.1.so
0028a000-0028d000 rw-p 00000000 00:00 0 
08048000-08051000 r-xp 00000000 08:01 130326     /bin/cat
08051000-08052000 r--p 00008000 08:01 130326     /bin/cat
08052000-08053000 rw-p 00009000 08:01 130326     /bin/cat
08053000-08074000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap]
b7df0000-b7ff0000 r--p 00000000 08:01 660864     /usr/lib/locale/locale-archive
b7ff0000-b7ff1000 rw-p 00000000 00:00 0 
b7ffd000-b7ffe000 r--p 002a1000 08:01 660864     /usr/lib/locale/locale-archive
b7ffe000-b8000000 rw-p 00000000 00:00 0 
bffdf000-c0000000 rw-p 00000000 00:00 0          [stack]

hex108@ubuntu:~/program$ dd if=/proc/self/mem of=gate.so bs=4096 skip=$[0x12e] count=1
dd: `/proc/self/mem': cannot skip to specified offset
1+0 records in
1+0 records out
4096 bytes (4.1 kB) copied, 0.00176447 s, 2.3 MB/s
hex108@ubuntu:~/program$ file gate.so 
gate.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked, stripped
hex108@ubuntu:~/program$ objdump -d gate.so 

gate.so:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

ffffe400 <__kernel_sigreturn>:
ffffe400:	58                   	pop    %eax
ffffe401:	b8 77 00 00 00       	mov    $0x77,%eax
ffffe406:	cd 80                	int    $0x80
ffffe408:	90                   	nop
ffffe409:	8d 76 00             	lea    0x0(%esi),%esi

ffffe40c <__kernel_rt_sigreturn>:
ffffe40c:	b8 ad 00 00 00       	mov    $0xad,%eax
ffffe411:	cd 80                	int    $0x80
ffffe413:	90                   	nop

ffffe414 <__kernel_vsyscall>:
ffffe414:	cd 80                	int    $0x80
ffffe416:	c3                   	ret    

 

syscall 才是最后的贏家？

         x86 64位從AMD引進(jìn)了syscall指令（我在x86 64的機(jī)器上，看到的結(jié)果是syscall取代了sysenter/sysexit（所有的系統(tǒng)調(diào)用用的都是syscall）），但是vdso,vsyscall的機(jī)制依舊未變，只是kernel決定只在遇到以下幾個(gè)系統(tǒng)調(diào)用gettimeofday,time和getcpu（通過(guò)內(nèi)核里vsyscall.h中enum vsyscall_num的聲明看出來(lái)，或者在glibc源代碼中搜索“VSYSCALL_ADDR_”(

#define VSYSCALL_ADDR_vgettimeofday    0xffffffffff600000

#define VSYSCALL_ADDR_vtime            0xffffffffff600400

#define VSYSCALL_ADDR_vgetcpu          0xffffffffff600800

)）時(shí)才采用vdso機(jī)制（間接調(diào)用syscall，具體可以參看資料2），其他系統(tǒng)調(diào)用直接用指令syscall，原因是：

---

 

         "快速系統(tǒng)調(diào)用指令"比起中斷指令來(lái)說(shuō)，其消耗時(shí)間必然會(huì)少一些，但是隨著 CPU 設(shè)計(jì)的發(fā)展，將來(lái)應(yīng)該不會(huì)再出現(xiàn)類似 Intel Pentium4 這樣懸殊的差距。而"快速系統(tǒng)調(diào)用指令"比起中斷方式的系統(tǒng)調(diào)用方式，還存在一定局限，例如無(wú)法在一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用處理過(guò)程中再通過(guò)"快速系統(tǒng)調(diào)用指令"調(diào)用別的系統(tǒng)調(diào)用。因此，并不一定每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都需要通過(guò)"快速系統(tǒng)調(diào)用指令"來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)調(diào)用例如 fork，兩種系統(tǒng)調(diào)用方式的時(shí)間差和系統(tǒng)調(diào)用本身運(yùn)行消耗的時(shí)間來(lái)比，可以忽略不計(jì)，此處采取"快速系統(tǒng)調(diào)用指令"方式?jīng)]有什么必要。而真正應(yīng)該使用"快速系統(tǒng)調(diào)用指令"方式的，是那些本身運(yùn)行時(shí)間很短，對(duì)時(shí)間精確性要求高的系統(tǒng)調(diào)用，例如 getuid、gettimeofday 等等。因此，采取靈活的手段，針對(duì)不同的系統(tǒng)調(diào)用采取不同的方式，才能得到最優(yōu)化的性能和實(shí)現(xiàn)最完美的功能。      ----引自參考資料1

---

      

 

ps:文中的內(nèi)核版本為2.6.36，glibc版本為2.11

參考資料:

1.  Linux 2.6 對(duì)新型 CPU 快速系統(tǒng)調(diào)用的支持: http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/l-k26ncpu/index.html  (這篇我覺(jué)得最好)

2. System Calls ： http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html（里面有程序可以用來(lái)搜索vsyscall等的地址，很直接）

3. What is linux-gate.so.1 ： http://www.trilithium.com/johan/2005/08/linux-gate/

4. Intel手冊(cè)，里面有各種資料，手冊(cè)還是很重要的，也是最基本的