系统调用如何实现

 　　系统调用的实现与一般过程调用的实现相比，两者间有很大差异。对于系统调用，控制是由原来的用户态转换为系统态，这是借助于中断和陷入机制来完成的，在该机制中包括中断和陷入硬件机构及中断与陷入处理程序两部分。

　　中断和陷入硬件机构

　　图1所示为中断的处理过程。中断可进一步分为外中断和内中断。外中断是指由于外部设备事件所引起的中断，如通常的磁盘中断、打印机中断等;而内中断则是指由于CPU内部事件所引起的中断，如程序出错(非法指令、地址越界)等。内中断(trap)也被译为“陷入”或“陷阱”。

　　通常，陷入是由于执行了现行指令引起的，而中断则是由于系统中某事件引起的，该事件与现行指令无关。为了处理上的方便，通常针对不同的设备编制不同的中断处理程序，并把该程序的入口地址放在某特定的内存单元中。此外，不同的设备也对应着不冋的处理机状态字PSW，且把它放在与中断处理程序入口指针相邻接的特定单元中。在进行中断处理时，只要有了这样两个字，便可转入相应设备的中断处理程序，重新装配处理机的状态字和优先级，进行对该设备的处理，因此这两个字被称为中断向量。相应地，把存放这两个字的单元称为中断向景单元。类似地，对于陷入也有陷入向量表。由所有的中断向景和陷入向景构成了中断和陷入向量表。

　　系统调用号和参数的设置

　　通常，一个系统中设置了几十条甚至上百条系统调用，系统赋予每条系统调用一个唯一的系统凋用号。在有的系统中，直接把系统凋用号放在系统凋用命令中，如IBM370和早期的UNIX系统，是用系统调用命令的低8位存放系统调用号;在另一些系统中，则将系统调用号装入某指定寄存器或内存单元中，如MS-DOS是将系统调用号放在AH寄存器中。每一条系统调用都含有若干个参数，在执行系统调用时，设置系统调用所需的系数通常有两种方式。

　　(1)直接将参数送入相应的寄存器中。这是一种最简单的方式，MS-DOS采用的便是这种方式，即用MOV指令将各个参数送入相应的寄存器中。这种方式的主要问题是由于寄存器数量有限，因而限制了所设置参数的数目。

　　(2)参数表方式。将系统调用所需的参数放入一张参数表中，再将指向该参数表的指针放在某个指定的寄存器中。在当前大多数的OS中，如UNIX系统，便是采用了这种方式。该方式又可进一步分成直接和间接两种方式，如图2所示。在直接参数方式中，将所有的参数值和参数的个数N都放入一张参数表中;而在间接参数方式中，则在参数表中仅存放参数个数和指向真正参数数据表的指针。

　　系统调用的处理步骤

　　在设置了系统凋用号和参数后，便可执行一条系统凋用命令。不同的系统可采用不同的执行方式。在UNIX系统中，是执行CHMK命令;而在MS-DOS中则是执行INT21软中断。

　　系统调用的处理过程可分成以下3步。

　　(1)将处理机状态由用户态转为系统态;之后，由硬件和内核程序进行系统调用的一般性处理，即首先保护被中断进程的CPU环境，将处理机状态字PSW、程序计数器PC、系统调用号、用户找指针以及通用寄存器内容等压入堆栈;然后，将用户定义的参数传送到指定的地方保存起來。

　　(2)分析系统调用类型，转入相应的系统调用处理子程序。为使不同的系统调用能方便地转向相应的系统调用处理子程序，在系统中配置了一张系统调用入口表。表中的每个表目都对应一条系统调用，其中包含该系统调用自带参数的数目、系统调用处理子程序的入口地址等。内核可利用系统调用号去查找该表，即可找到相应处理子程序的入口地址而转去执行它。

　　(3)在系统调用处理子程序执行完后，恢复被中断的或设置新进程的CPU现场，然后返冋被中断进程或新进程，继续往下执行。

　　系统调用处理子程序的处理过程

　　系统调用的功能主要是由系统调用子程序来完成的。对于不同的系统调用，其处理程序将执行不同的功能。

　　下面以一条在文件操作中常用的creat命令为例来说明处理子程序的处理过程。进入creat的处理子程序后，内核将根据用户给定的文件路径名Path，利用目录检索过程，去查找指定义件的目录项。查找目录的方式可以用顺序查找法，也可用Hash查找法。如果在文件目录中找到了指定文件的目录项，表示用户要利用一个已有文件来建立一个新文件。但如果在该巳有(存)文件的属性中有不允许写属性，或者创建者不具有对该文件进行修改的权限，便认为是出错，随即做出错处理;若不存在访问权限问题，便将巳存文件的数据盘块释放掉，准备写入新的数据文件。如未找到指名文件，则表示要创建一个新文件，内核便从其目录文件中找出一个空目录项，并初始化该目录项，包括填写文件名、文件属性、文件建立日期等，然后将新建文件打开。