ch2_1系统调用接口

1. 操作系统接口

什么是操作系统接口：

答： 接口函数 调用操作系统中的内部函数， 术语为系统调用， system_call

需要注意的是，应用程序进行系统调用时， 并非直接调用系统中的函数， 而是首先调用一个接口函数， 该接口函数然后才会去调用系统内部的函数。

1.1 系统调用

普通应用程序（应用软件）: 程序中会调用一些重要的函数， 这些重要的函数便是 一个个操作系统 提供的接口函数， 接口函数才是提供给应用程序调用操作系统功能的函数。

由于这些接口函数调用的是操作系统内部实现的函数，
区别于应用程序中普通的函数调用，
这种调用系统内部的函数， 便称之为 系统调用， system call

为了将操作系统提供的这些函数的接口规范好， 形成统一的格式：
Posix: portable operating system interface of Unix;

从而方便了应用程序可以在不同的操作系统中运行.

也就是说， 用户写的应用程序， 调用的只是一个接口函数。

1.2 为什么要有系统调用

起因， 应用程序运行时在内存中，操作系统也在内存中， 为什么应用程序想访问 操作系统的提供的功能函数，

为什么不能 直接去取从内存中去取呢？

答： 操作系统是一个重要的存在，
他掌控了计算机硬件这个国家中，重要的资源， 比方硬件资源， 和用户的密码和数据，
如果，随意的一个应用程序，就可以访问， 捞到用户的密码， 以及任意的掌控这个计算机的资源。
如果，这个应用程序有恶意的行为， 那么 对用户的信息安全，将会造成伤害， 对计算机的硬件资源也会造成伤害。

所以，不可以给应用程序直接访问 系统中的函数和功能。

所以系统调用的作用，

1. 不让应用程序 随意的jump，
2. 凭什么，使用什么手段不让应用程序jump
3. 不让应用程序直接访问， 那么应用程序该如何使用操作系统提供的功能。

1.3 内核态与用户态

不同的程序， 运行时处在不同的级别，

• 用户态
• 内核态

一般系统的程序运行时 是处于核心态中，
普通用户的 应用程序 运行时 处在 用户态中；

计算机对内存的使用，都是一段一段的使用，硬件上实现将内存隔成两个区域：

• 用户态下的程序 属于用户段；
• 核心态下的程序属于内核段，

不同的态，他们所拥有的特权级别不同。

1.4 权限级别的规定

0：内核态处于特权级别， 可以访问任何数据；
3： 用户态权限数值；

数值越低， 权限的级别越高。
数值越大， 权限级别越低，

所以只用当： 目标特权级的数值 >= 当前特权级的数值时， 才可以访问。

1.5 存储权限级别的判断

而无论什么段， 都需要用到段寄存器；

• DPL（destination Privage level）： 目标特权级，操作系统在初始化的时候设计好， 对应的数值放在GDT 表中。
• CPL： 当前特权级别， 对应的数值放在 cs 寄存器中。

通过比较 DPL ， CPL 的数值， 权限级别低的不可以访问权限级别高的。

只有当DPL >= CPL ， 才可以访问内核态。

在系统初始化的时候， head.S 执行的过程中，会针对内核的代码和内核态的数据建立 GDT表，其中的DPL 初始化成 0，

在初始化完成后，进入用户态，
执行应用程序的过程中， cs 段寄存器中存放的当前应用程序的特权级别， 此时 CPL = 3， 当通过系统调用时， CPL 会短暂的变成0， 当返回用户态的时候， 又变成3;

而程序每次执行跳转 jmp, 还是 mov 这两个指令时，
都需要访问 GDT 表， 因为访问了段寄存器了， 需要通过段来进入内核态。

访问 GDT 表时候，比较 DPL >= CPL 所对应的数值是否成立。

2. 接口函数

接口函数，也叫应用程序接口， API（Application Programming Interface）， 他将系统内部的函数重新封装了一次， 起到了一个承上启下的作用；

对于应用程序， 接口函数提供给他调用。
对于系统内部函数， 接口函数负责调用他。

接口函数本身并没有 实现 具体的功能， 他起到了作用

1. 提供系统调用的中断， 方便进入内核；
2. 提供需要调用的功能号， 通过功能号 索引到系统内部需要调用的函数。

2.2 调用过程

1. 首先，普通应用程序调用的是一个接口函数， 不同的接口函数本身会对应不同的调用功能号。

2. 然后，接口函数会调用中断 int 0x80 ，并将该函数调用功能号存放到寄存器eax 中。

3. 通过中断进入内核， 由功能号去定位所需要调用的系统函数。

如图中所示：
应用程序中调用： printf 函数， 调用函数库中的printf 函数：
接口函数：　存在于c 函数库中的 write接口函数，
系统函数： write 接口函数 调用系统内部实现功能的 write 函数，

2.2 系统调用功能号

3. 图形按钮的系统调用接口

1. 鼠标 点击下去， 通过中断 捕获点击， 放入到系统内部中的 消息队列中；
2. 应用程序需要有一个函数， 该函数实现了系统调用： （get Message：
   功能是读取操作系统内核中的消息队列， 将其中的消息一个个 读入到应用程序中；
3. 根据 取出的消息类型不同， 执行该消息所对应的函数；

消息处理机制：

• 一个循环调用一个函数，该函数不断从内核中将消息取出来。
• 每取出一个消息， 都会调用与之对应的消息处理函数。